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将来会提供有用的工程化生活机器吗角松敏生

2022年12月16日

将来会提供有用的工程化“生活”机器吗？

长期以来，结合了人工智能的工程自主机器一直是科幻小说的主要内容，并且经常扮演反派角色，例如在“ Battlestar Galactica”重启中的赛昂人，它们是由生物和工程材料组成的生物。但是，如果这些自主软件机器对您有帮助呢？

这是宾夕法尼亚州立大学和美国空军研究人员团队的愿景，在最近的《自然通讯》上有概述。这些研究人员生产了一种柔软的机械超材料，可以“思考”如何将力施加到材料上并通过程序化反应做出反应该平台在从医疗到改善环境的各种应用中具有巨大的潜力。

宾州州立大学詹姆斯·F·威尔·职业生涯发展副教授赖恩·哈恩说：“我们用柔性的导电聚合物网络创造了软的，机械的超材料，可以计算所有的数字逻辑计算。”

“我们的论文报告了一种在工程材料中创建决策功能的方法，该方法可以支持未来的，自动化的工程系统，这些系统投资了生命形式的基本要素，但被编程为人们提供有用的服务。这些方法可能包括帮助维持可持续和强大的基础设施，监测空气和水传播的污染物和病原体，协助患者伤口愈合，等等。”

Harne指出，人类的思维过程基于逻辑，这类似于数学中的布尔逻辑。这种方法使用二进制输入来处理二进制控制输出-仅使用“打开”和“关闭”序列来表示所有思想和认知。研究团队使用导电聚合物网络的重新配置创造了“思考”的软材料。施加到材料上的机械力连接并重新连接网络。

使用低电压输入到材料中，研究团队为软材料创造了一种方法，可以根据重新配置的导电聚合物网络的输出电压信号来决定如何反应。

Harne和团队使用的逻辑类型超出了纯机械逻辑，这是一种使用双稳态开关的组合来表示二进制数字序列的“ 0”和“ 1”的一种方式。他们发现，当他们使用纯机械逻辑时，研究人员最终因无法构建某些逻辑运算而陷入困境。

Harne说：“您遇到的一个问题是您实际上无法处理所有八个逻辑门。” “您可以处理其中四个，但不能处理最后四个。我们发现了将电信号与机械信号结合在一起的方法，从而使我们能够处理现代数字计算中使用的所有逻辑门。”

实现所有逻辑门的关键在于将电气聚合物网络与柔软，可变形的材料相结合。研究人员通过同时重新配置软材料和导电网络来创建逻辑运算。

这也确保了二进制输出为电形式，这是驱动致动机构所需的电，该致动机构使材料响应所施加的机械力。电气信号和机械信号的组合使机器可以移动以避开障碍物或向某个方向后退。

Harne和团队希望超越单一的材料，并设计更复杂的东西。

Harne说：“我对科学家和工程师如何创建能够帮助社会的工程化生活系统抱有远见。” “您需要做的就是将生命形式的所有功能整合在一起。当您这样做时，就可以随意使用工程生活的基础。”

尽管这一切都像科幻小说，但哈恩认为它具有巨大的潜力。

“这有点像科幻小说，我必须承认这一点，我会说，我让同事们觉得我有点疯了，”哈恩说。“但是，如果我们作为工程师和科学家了解构成生活的所有事物，那么为什么我们不尝试制造能够帮助人们的工程生活呢？”

这项研究的其他作者与哈恩一样，来自宾夕法尼亚州立大学的机械工程学博士生查尔斯·埃尔·赫洛，以及美国空军研究实验室的菲利普·布斯科尔和克里斯托弗·塔博尔。

哈恩的国家科学基金会早期职业发展奖和美国空军资助了这项研究。