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進(jìn)展 | 具有可重編程邏輯功能的力學(xué)超構(gòu)材料

更新時(shí)間:2025-02-26   點(diǎn)擊次數(shù):36次

雖然電子晶體管和磁存儲(chǔ)器在計(jì)算速度和存儲(chǔ)密度方面具有優(yōu)勢(shì),但機(jī)械邏輯的魯棒性有利于條件下的應(yīng)用,如高溫和輻射,同時(shí)還能保持設(shè)計(jì)的邏輯功能。近些年,機(jī)械計(jì)算在構(gòu)建智能機(jī)械系統(tǒng)方面的潛在應(yīng)用重新燃起了人們對(duì)機(jī)械計(jì)算的興趣,包括軟體機(jī)器人、微機(jī)電系統(tǒng)和機(jī)器人材料在內(nèi)的機(jī)械系統(tǒng)。超構(gòu)材料的進(jìn)展促進(jìn)了機(jī)械邏輯門的設(shè)計(jì),力學(xué)超構(gòu)材料因具有可編程變形模式和新穎的力學(xué)性能,是設(shè)計(jì)邏輯功能的良好平臺(tái)。具有兩種不同幾何形狀的力學(xué)超構(gòu)材料可用于表示二進(jìn)制狀態(tài)0和1。通過(guò)精心設(shè)計(jì)單元之間的相互作用,可以實(shí)現(xiàn)不同的邏輯門和信號(hào)傳輸。


值得注意的是,力學(xué)超構(gòu)材料的邏輯功能通常由其布局決定,一旦設(shè)計(jì)完成,在使用過(guò)程中很難改變,這限制了其在多工作場(chǎng)景中的應(yīng)用。此外,當(dāng)計(jì)算完成時(shí),整個(gè)力學(xué)超構(gòu)材料系統(tǒng)通常會(huì)切換到另一個(gè)穩(wěn)態(tài),失去原有的邏輯功能。因此,需要一個(gè)初始化策略來(lái)重復(fù)利用力學(xué)超構(gòu)材料系統(tǒng),這一點(diǎn)尚未得到充分的探索。此外,現(xiàn)有的力學(xué)超構(gòu)材料邏輯系統(tǒng)大多功能不全或不能實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯。因此,它們不具備較強(qiáng)的機(jī)械計(jì)算能力。


近日,清華大學(xué)陳常青教授團(tuán)隊(duì)提出了一種可重編程的力學(xué)超構(gòu)材料 (ReMM),包括基本邏輯的周期陣列和功能完整的機(jī)械邏輯門。在一系列電磁的連續(xù)激勵(lì)下,ReMM可以實(shí)現(xiàn)重新編程。由雙穩(wěn)態(tài)曲梁陣列的開關(guān)狀態(tài)分布確定的加載位置來(lái)執(zhí)行不同的邏輯功能。演示了ReMM在通用組合邏輯和時(shí)序邏輯(信息存儲(chǔ))方面的應(yīng)用。

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此外,該系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)能力被證明有利于機(jī)械邏輯電路的緊湊設(shè)計(jì)。開發(fā)的ReMM有望為構(gòu)建具有強(qiáng)大計(jì)算能力和相對(duì)較小空間尺度的多功能和可重復(fù)使用的超構(gòu)材料提供場(chǎng)所,從而有利于具有嵌入式智能的機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展。相關(guān)研究發(fā)表在《Nature Communications》上。

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