具穩(wěn)定記憶的可編程機械超材料問世

何為材料界的革命？可編程的超材料應(yīng)算其中。據(jù)外媒日前發(fā)表的一項研究稱，瑞士科學(xué)家團隊研發(fā)一種可以寫入、存儲并讀取以機械形式編碼數(shù)據(jù)的技術(shù)。正如硬盤給計算機系統(tǒng)帶來的革命性巨變，這種機械式編碼超材料將能讓柔性機器人、工程材料進入全新的發(fā)展階段，并將廣泛助力于需要遠程調(diào)制設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)的領(lǐng)域。

數(shù)字存儲系統(tǒng)是計算機不可或缺的部分。我們熟悉的硬盤，就可用來寫入和讀取存儲于磁極中的數(shù)據(jù)，而磁元是硬盤的基單元，通過機電讀寫頭更改磁元的值就能寫入新數(shù)據(jù);反過來也可以讀取磁元的值。在這樣的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可以輕易地存儲卻又不會輕易地喪失，哪怕裝置幾年不通電，也不會丟失數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院機械工程學(xué)院的研究人員，依據(jù)此原理研發(fā)了一種機械式編碼的裝置，不過位元不是磁介質(zhì)，而是一種執(zhí)行離合動作的非穩(wěn)態(tài)薄殼，通過極快速改變彎曲狀態(tài)，由一種穩(wěn)態(tài)切換至另一穩(wěn)態(tài);同時，按二維陣列排列的機械位元能調(diào)整裝置的整體結(jié)構(gòu)參數(shù)。

簡單來說，此次開發(fā)的是一種由機械式位元組成的新裝置，類似計算機硬盤里的磁位元，但其不但可以輕易寫入、長久存儲并隨時讀取以機械形式編碼的數(shù)據(jù)，而且編碼所含信息可以用來調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)。

這是超材料領(lǐng)域的實用范例，一直以來，用超材料存儲和提取非易失性數(shù)據(jù)的目標都是“難以捉摸”的狀態(tài)。而此次成果為超材料工具集帶來了值得關(guān)注的擴展，對于廣大需要在運行中控制系統(tǒng)剛性和能量密度的工程應(yīng)用具備重要應(yīng)用潛力，同時，這一成果將能給超低功耗主動式超材料帶來新的設(shè)計方案。在下一步研究中，團隊將會讓該系統(tǒng)的36個位元轉(zhuǎn)化為3D結(jié)構(gòu)并加以微型化以及規(guī)模化。

媒體評價稱，該成果作為超材料遠程可編程裝置的早期實例，為未來直接處理數(shù)據(jù)、執(zhí)行計算和學(xué)習(xí)的材料打開了一扇大門。

超材料，是一種自然界中并不存在的材料。人類對材料的幾何結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，賦予它們一些奇異的甚至超出想象的反常特質(zhì)。它們的應(yīng)用，能給信息技術(shù)、航空航天、能源等眾多領(lǐng)域帶來改變，并催生出新的產(chǎn)業(yè)。本文提到的超材料是一種可編程的材料。所謂可編程，就是遵循一套規(guī)則，通過改變“輸入”，就能改變“輸出”。超材料的功能可以根據(jù)需要重新編程，聽起來更加“腦洞大開”。這還是一項比較早期的成果，但為接下來更多的奇思妙想開啟了通路。