- 麻省理工學院研發的計算平台模仿章魚的神經系統。
- 該技術使用柔軟聚合物材料，減少對外部電路的需求。
- 裝置能夠動態記住施加的力量和電壓歷史。
- 未來可能推動低功耗電子產品的發展。
在深海中，章魚可以立即改變其皮膚顏色，而無需將每一個微小的決策發送回中央大腦。它的觸手在本地進行思考。麻省理工學院的研究人員現在已將這種柔軟、去中心化的魔法轉化為一項微型計算創新。這種新設計的納米級計算裝置使用柔軟、靈活的聚合物在單一微觀單元內處理資訊。值得注意的是，該平台模仿生物大腦利用物理運動進行計算的方式。它將複雜的電子系統縮小為一個超薄、節能的包裝，可能推動智能機器人、可穿戴醫療貼片和生物相容性傳感器的發展。
技術靈感來自章魚
受章魚等生物體的分散神經系統啟發，這項技術使用柔軟的聚合物材料，當施加電壓時，材料會壓縮並回彈，模仿大腦神經元儲存和發射資訊的方式。直接將這些功能構建到材料中，減少了對笨重外部電路和重型電源的需求。然而，這並不是一項簡單的任務。在早期的嘗試中，其他工程師在納米級別構建機械計算機時遇到了物理障礙。當兩個金屬表面靠得太近時，強烈的分子間粘合力會將其永久粘合在一起，導致組件卡住，裝置失效。
為瞭解決這個問題，麻省理工學院的團隊在兩個金屬電極之間插入了一層極薄的聚二甲基硅氧烷 (PDMS)。PDMS 是一種柔軟的、粘彈性聚合物。
這個納米級裝置使用三個核心組件協同工作，模仿生物計算。金屬電極接收進來的電信號，並在施加電壓時壓縮。夾在它們之間的柔軟 PDMS 層充當粘彈性納米彈簧，平衡粘附力，使電極可以可逆地移動而不會永久粘附。聚合物的逐步回彈創造了機械記憶，能夠隨著時間的推移保留過去施加力量的歷史。「PDMS 具有粘彈性，這意味著在被壓縮後，它需要時間才能恢復到原始狀態。這使得裝置能夠動態記住施加在其上的力量和電壓的歷史，並將該歷史轉換為電氣響應，」共同首席作者彼得·薩特維特說。
裝置的運作機制
隨著時間的推移，電荷累積。一旦達到特定的閾值，該裝置便會發射——就像生物神經元一樣——然後放鬆以重置。生物神經元累積電信號，直到達到閾值，此時它們會發射並傳遞資訊。麻省理工學院團隊的裝置複製了這一機制：施加的電壓緩慢壓縮聚合物層，直到超過閾值，觸發生物風格的發射，然後放鬆以重置。現代人工智能消耗大量電力，因為硬件不斷在分開的內存和處理器單元之間轉移數據。麻省理工學院的平台徹底消除了這一管道。
記憶、感知和邏輯發生在同一位置。將記憶和計算直接整合到單一納米級組件中，減少了額外電路或電容器的需求。
未來應用前景
這種柔軟、受大腦啟發的硬件為未來的適應性下一代電子產品開啟了大門，包括低功耗邊緣計算、智能義肢、可穿戴健康監測儀和自主環境傳感器。接下來，研究人員計劃將感知直接與記憶和計算整合，創建完全適應性的納米機械計算系統。該研究發表在《科學進展》期刊上。
項目 規格 處理器 納米級計算裝置 材料 聚二甲基硅氧烷 (PDMS)
這項技術的潛在影響
麻省理工學院的這項研究展示了如何將生物啟發的設計應用於計算技術，特別是柔性聚合物的使用使得設備更具適應性和效率。這種去中心化的計算方式不僅能減少能耗，還能在未來的智能設備中實現更高的集成度，促進可穿戴技術和智能機器人的發展。隨著技術的進一步成熟，這些納米級計算裝置有潛力在醫療、環境監測及其他領域中發揮重要作用。