江南大學葛明橋團隊《自然·通訊》：提出材料觸覺邏輯

　　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。