進展 | 具有可重編程邏輯功能的力學超構材料

雖然電子晶體管和磁存儲器在計算速度和存儲密度方面具有優勢，但機械邏輯的魯棒性有利于條件下的應用，如高溫和輻射，同時還能保持設計的邏輯功能。近些年，機械計算在構建智能機械系統方面的潛在應用重新燃起了人們對機械計算的興趣，包括軟體機器人、微機電系統和機器人材料在內的機械系統。超構材料的進展促進了機械邏輯門的設計，力學超構材料因具有可編程變形模式和新穎的力學性能，是設計邏輯功能的良好平臺。具有兩種不同幾何形狀的力學超構材料可用于表示二進制狀態0和1。通過精心設計單元之間的相互作用，可以實現不同的邏輯門和信號傳輸。

值得注意的是，力學超構材料的邏輯功能通常由其布局決定，一旦設計完成，在使用過程中很難改變，這限制了其在多工作場景中的應用。此外，當計算完成時，整個力學超構材料系統通常會切換到另一個穩態，失去原有的邏輯功能。因此，需要一個初始化策略來重復利用力學超構材料系統，這一點尚未得到充分的探索。此外，現有的力學超構材料邏輯系統大多功能不全或不能實現時序邏輯。因此，它們不具備較強的機械計算能力。

近日，清華大學陳常青教授團隊提出了一種可重編程的力學超構材料 (ReMM)，包括基本邏輯的周期陣列和功能完整的機械邏輯門。在一系列電磁的連續激勵下，ReMM可以實現重新編程。由雙穩態曲梁陣列的開關狀態分布確定的加載位置來執行不同的邏輯功能。演示了ReMM在通用組合邏輯和時序邏輯（信息存儲）方面的應用。

此外，該系統的信息存儲能力被證明有利于機械邏輯電路的緊湊設計。開發的ReMM有望為構建具有強大計算能力和相對較小空間尺度的多功能和可重復使用的超構材料提供場所，從而有利于具有嵌入式智能的機械系統的發展。相關研究發表在《Nature Communications》上。

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