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ku酷游官网ku112:ku酷游官网ku112机械系杨楠教授团队在Science合作期刊《Research》发表研究成果

近日,杨楠教授团队在综合类顶刊《Research》上发表研究文章“Flexible, Light-Interacting, B-Shaped Structures for Computations”,探索机械超材料与光互动进行复杂计算的新机理。

如今,探索太空和其它行星已成为可能。然而,在某些极端环境,如:太空高能电磁波和带电粒子环境,像金星这种高辐射强度的行星上,甚至在地球高辐射区域,电子计算系统将面临失效。为此,有必要使用非传统的计算技术。

机械计算作为一种非传统计算手段,因其准确性、稳定性再次引起学界的关注。早期的机械计算机是一类利用珠子、杠杆、连杆和齿轮进行计算的系统,但是杨楠教授团队并没有简单地回到古老的模型,而是采用了先进的机械超材料的理念和技术。这些材料表面包含巧妙的人工结构及受自然启发的几何排列,通常赋予超材料不同寻常的物理和机械性能。另一方面,借助增材制造方式,可以精确制造出各种复杂结构。此项工作中,杨楠教授带领团队设计并制造了B形柔性机械超材料单元,通过手指的压力就能轻易地获得变形。我们发现这些柔性单元与力和光的互动能进行各种计算:从基本的“与、或、非、异或、同或”门,复杂的逻辑组合,多位数间的加减运算,到模拟-数字量转换器和随机数发生器等,而且具有清晰、明确、稳定的输入输出。在此基础上提出一个通用性的计算框架,其通用性在于:根据布尔逻辑的析取范式直接形成计算系统,不仅与力和光,还能利用其它物理信号(热、声、电、化学、生物)进行计算。

如同材料的刚度、泊松比、热膨胀系数等性能一样,计算也是一种材料属性。将该材料嵌入柔性机器人、传感器、驱动器中,有望构建独立的自治系统,具有“决策-行动”能力。一旦解决器件尺度、计算速度和内存等问题,该机械计算机有望取代传统的电子计算机在极端环境中工作。

该工作受到国家自然科学基金、 广东省自然科学基金、ku酷游官网ku112科研启动基金 、广东省高校重点专项基金 、 广东省高校创新团队项目和2020李嘉诚跨学科研究基金的资助。该工作由团队负责人杨楠教授提出原创思想并进行指导,由魏华贤老师和硕士研究生钱政、张雨波共同完成。

《Research》(中科院一区,IF=11.036)是中国科协与美国科学促进会于2018年共同创办的定位为国际化、高影响力、世界一流水平、综合性、大型OA科技期刊,是美国《Science》自1880年创刊以来第一本合作期刊,对标Science和Nature。主要发表先进能源、先进制造、先进材料、人工智能、环境科学、柔性电子、健康科学、信息科学、微纳科技、量子信息、空间科学,11个热点交叉领域突破性原创研究成果。2022年,《Research》在Scopus收录的全球综合类120种期刊中位列第9位,居国内综合类期刊第3名,并已连续第3年获得“中国最具国际影响力学术期刊”。

文章链接:

https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0085

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