- 麻省理工学院研发的计算平台模仿章鱼的神经系统。
- 该技术使用柔软聚合物材料，减少对外部电路的需求。
- 装置能够动态记住施加的力和电压历史。
- 未来可能推动低功耗电子产品的发展。
在深海中，章鱼可以瞬间改变皮肤颜色，无需将每一个微小决策传回中央大脑。它的触手在本地进行思考。麻省理工学院的研究人员现在已把这种柔软、去中心化的魔法转化为一项微型计算创新。这种新设计的纳米级计算装置使用柔软、灵活的聚合物在单个微观单元内处理信息。值得注意的是，该平台模仿生物大脑利用物理运动进行计算的方式。它将复杂的电子系统缩小为超薄、节能的封装，可能推动智能机器人、可穿戴医疗贴片和生物相容性传感器的发展。
技术灵感来自章鱼
受章鱼等生物体的分散神经系统启发，该技术使用柔软的聚合物材料，施加电压时材料会压缩并回弹，模拟大脑神经元储存和发射信息的方式。直接将这些功能构建到材料中，减少了对笨重外部电路和重型电源的需求。然而，这并非一项简单的任务。在早期的尝试中，其他工程师在纳米级别构建机械计算机时遇到了物理障碍。当两个金属表面靠得太近时，强烈的分子间粘合力会将其永久粘合在一起，导致组件卡住，装置失效。
为了解决这个问题，麻省理工学院的团队在两个金属电极之间插入了一层极薄的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。PDMS 是一种柔软的、粘弹性聚合物。
这个纳米级装置使用三个核心组件协同工作，模仿生物计算。金属电极接收输入的电信号，并在施加电压时压缩。夹在它们之间的柔软 PDMS 层充当粘弹性纳米弹簧，平衡粘附力，使电极可以可逆地移动而不会永久粘附。聚合物的逐步回弹创造了机械记忆，能够随着时间推移保留过去施加力量的记录。“PDMS 具有粘弹性，这意味着在被压缩后，它需要时间才能恢复到原始状态。这使得装置能够动态记住施加在其上的力和电压的历史，并将该历史转换为电响应，”共同首席作者彼得·萨特维特说。
装置的运作机制
随着时间的推移，电荷累积。一旦达到特定的阈值，该装置便会发射——就像生物神经元一样——然后放松以重置。生物神经元累积电信号，直到达到阈值，此时它们会发射并传递信息。麻省理工学院团队的装置复制了这一机制：施加的电压缓慢压缩聚合物层，直到超过阈值，触发仿生风格的发射，然后放松以重置。现代人工智能消耗大量电力，因为硬件不断在分开的内存和处理器单元之间转移数据。麻省理工学院的平台彻底消除了这一瓶颈。
记忆、感知和逻辑发生在同一位置。将记忆和计算直接整合到单个纳米级组件中，减少了对额外电路或电容器的需求。
未来应用前景
这种柔软、受大脑启发的硬件为未来的适应性下一代电子产品打开了大门，包括低功耗边缘计算、智能义肢、可穿戴健康监测仪和自主环境传感器。接下来，研究人员计划将感知直接与记忆和计算整合，创建完全适应性的纳米机械计算系统。该研究发表在《科学进展》期刊上。
项目 规格 处理器 纳米级计算装置 材料 聚二甲基硅氧烷（PDMS）
这项技术的潜在影响
麻省理工学院的这项研究展示了如何将生物启发设计应用于计算技术，特别是柔性聚合物的使用使设备更具适应性和效率。这种去中心化的计算方式不仅能降低能耗，还能在未来的智能设备中实现更高的集成度，促进可穿戴技术和智能机器人的发展。随着技术的进一步成熟，这些纳米级计算装置有潜力在医疗、环境监测及其他领域中发挥重要作用。