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江南大學葛明橋團隊《自然·通訊》:提出材料觸覺邏輯
發布:lee_9124   時間:2019/11/12 0:43:09   閱讀:141 
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近日,江南大學紡織服裝學院葛明橋團隊在國際權威期刊Nature Communications上發表了題目為“Materials tactile logic via innervated soft thermochromic elastomers”的學術論文(Nature Communications, 2019, 10, 1, 4187, IF:11.8)。傳統的機器依靠剛性的、集中的電子元件來進行邏輯處理,這限制了機械的復雜性和可伸縮性。論文提出使用柔性材料本身作為決策者,為創造完全柔軟的機械設備提供了可能性,為研究完全柔軟且可以響應相互作用、周邊環境的反饋回路嵌入式傳感器提供了理論依據。
 

 
圖1.液態金屬支配熱變色硅樹脂實現材料邏輯的平臺

自然界充滿了柔軟的功能性材料,但是迄今為止,幾乎沒有一種人造材料可以實現類似眼睛(自適應光學)、皮膚(多模態感知和自愈)、神經網絡和大腦(邏輯計算)這樣完全是由軟材料構建的傳感器。自然界中也有許多完全軟的生物,例如,頭足類動物可以改變顏色,它們的神經系統能夠對感覺輸入并做出局部反應,而不需要大腦的集中處理。科學家們對利用柔性材料綜合模擬這些傳感功能很感興趣。制造的材料能夠應用在軟機器人(用于人類輔助、修復和災難響應)、人機界面、被動顯示器、偽裝適應性表面和電子皮膚等領域。
 

 
圖2.熱機械著色效應和觸覺感知

葛明橋教授團隊發現邏輯決策可以在材料層面完成,而不依賴半導體運算。受到章魚手臂中分布式神經網絡的啟發,團隊展示了一個完全柔軟,可拉伸的有機硅復合材料(圖1)。該有機硅復合體摻雜有熱致變色顏料并可以受液態金屬的支配,液態金屬的變形能力使焦耳熱發生幾何變化加熱,從而實現可調的熱機械著色及感知觸覺和應變(圖2)。在更復雜的電路中,變形的液態金屬可以重新分配電能到遠端部分,以一種觸覺“輸入”轉換成數字比色“輸出”的方式來實現邏輯運算(圖3)。
 
 

圖3.通過能量重新分配實現的軟觸覺傳感器和邏輯

該論文第一作者是江南大學紡織服裝學院晉陽助理研究員,通信作者為葛明橋教授和北卡羅來納州立大學Michael D. Dickey教授。
 

來源:分析測試百科網
 
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