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拥有记忆的可变形材料,正在让AI七十二变

摘要: 这种橡胶状的纳米材料,只需加热就可以从一种复杂形状转变为另一种,触感真实有弹性。感觉它实现“拔一根毫毛,吹出猴万个”的进展,会比“中美合拍”还更快到来呢。

图片来源:视觉中国

图片来源:视觉中国

文|脑极体

最近的快乐源泉莫过于六小龄童老师的语录了。其中最广为传(吐)颂(槽)的,就是那段“外国人把西游记看做是科幻的预言,孙悟空拔一根毫毛变成无数跟他长得一样的猴子,这就是最早的克隆人技术……”

是耶非耶,见仁见智。不过真想用一根毫毛变幻出世界万物,“六学”精通到满级恐怕都做不到,还是得靠材料学的进步。

今天咱们就“文体两开花”,弘扬新材料文化,带大家关注一下,最近莱斯大学科学家发明的一种新液晶变形材料。

这种橡胶状的纳米材料,只需加热就可以从一种复杂形状转变为另一种,触感真实有弹性。感觉它实现“拔一根毫毛,吹出猴万个”的进展,会比“中美合拍”还更快到来呢。那么,这么神奇的功能究竟是怎么实现的呢?

新可变形材料,有什么神奇之处?

最近,莱斯大学的材料科学家拉斐尔·韦尔杜斯科和研究生摩根·巴恩斯设计出了一种全新的聚合物,使用了液晶弹性体,在加热时(80℃)可以被模塑成任何复杂形状,更重要的是,这种变形是可以双向进行的。

液晶弹性体(LCD)最常见的应用场景是液晶电视显示器。以往液晶弹性体的分子排列方式一旦受到外界刺激,其变形需要通过不可逆的重新编写才能实现。

而科学家在这种新可变性材料中加入了一种光敏开关。冷却时,形成液晶的分子占主导地位,使它保持固定的形状。一旦接触到热刺激,橡皮筋一样的弹性体就会放松,开始“融化”,变成设计好的另一种样子。

巴恩斯制作了很多样本,比如乐高积木、一张脸、一朵玫瑰花等复杂的形状,当加热到80℃(176华氏度)左右的温度时,这些物体就会舒展开,塌陷成一张平板纸。移除热量后,又会在几分钟内恢复原状。

这个实验看起来简单,实际上要实现液体和固体的相互作用和平衡,真没那么容易。

举个例子,我们可以将液态金属按想象捏成任何固态的样子。但要让“作品”直接转变成另一种固态形状,却不太现实。往往需要重新将它化成水,再进行二次塑造。

有了液晶弹性体,就不用这么麻烦了。只要提前设定好“程序”,这种聚合物就可以凭借强大的“记忆力”,在光热刺激下完成三维形状的相互转换。听起来是不是很带感?

有意思的是,今年8月,来自美国科罗拉多州博尔德大学也在《科学进步》杂志上发表了类似的成果。早前,浙江大学的研究人员也推出了可以事先设定形状并自由变换形态的新型塑料。

为什么各国的材料科学家们都如此热衷于研发这种新材料?或许这个问题背后,很有可能隐藏着影响AI前景的关键点。

学会七十二变,AI也能飞上青天?

这种新型可变形材料对AI的影响,可以通过以下四个困扰产业界的难题来找到答案:

1.机器人应用的普适性难题

过去我们讲过很多微型机器人,尤其是机器蛇这样的仿生机器人,可以在紧急救援、特殊环境下替代人来完成工作,降低人类自身的安全风险。但由硬金属打造的身体,大大限制了机器人对现场环境的适应性。

结构和材料研究都制约着工程师们的想象力和软性机器人的运动场景。但用这种材料做成的机器人,在遇到障碍物时,可以自由地改变形状,被破坏了还能够自我修复,不就是轻松carry全场的“毒液”同款嘛!

2.智能制造的成本困境

限制3D打印、智能机械等进入规模化生产的问题之一,就是材料成本高。

毕竟常规材料每一次注塑成型,都会将原有的分子结构打破得一干二净,但液晶弹性体能够凭借“材料记忆”被循环使用。

只要设定好“程序”,它就可以根据温度发生多次改变,并且让成本变得更低廉。医用传感器、自动伸展的太阳能板、可变形机器人等智能机械的大规模生产,也因此有了新的可能性。

3.生产智能化的产业升级需求

中国传统产业的结构调整,以及新兴产业的快速发展,都带来了生产企业转型升级的迫切需求。

比如意大利科学家设计了一款可以感应人体汗水的衣服,能够自动打开和关闭背部的布料来给人体降温或保暖。但如果没有创新材料作为先决条件,就陷入了“巧妇难为无米之炊”的尴尬局面。

而液晶弹性体的发现,让产品创新成为可能,也进一步从应用端推动产业链的延展和升级,吸引传统的生产制造厂商主动变革,挖掘变形产品进入日常生活所带来的商业想象力。

4.AI创新的算力短缺

众所周知,AI系统需要大规模的运算处理能力来支持,但目前全球的芯片都出现了供需失衡。英特尔忙到宣布取消自己的代工业务,连区块链公司都能从挖矿转型AI芯片制造,可见背后的算力缺口有多大。

而液晶弹性体的出现,有望解决芯片制造的产能问题,从而缓解算力短缺、芯片涨价给AI技术普及带来的限制。

总而言之,如果说AI是建立在生产、需求、成本等综合条件上才能最终呈现的真实,那么液晶弹性体的出现,就好比16世纪辣椒作为新食材传入中国,改变的不仅仅是一小部分人的饮食习惯,也成为许多菜系出现和繁荣的先决条件。

可变形材料对大众意味着什么?

当然,上述都是液晶弹性体可能给AI产业带来的一些变革。

对于普通人来讲,这种新材料究竟能烧出哪些“好菜”尝尝鲜,才是我们关心的重点好吗?

目前看来,液晶弹性体确实能带来不少现实好处,比如可以制成软性机器人,在实施救援、医疗等动作时,操作更加精准,避免对操作对象造成二次伤害;

再比如,可以作为某些传感器的理想材料。像是嵌入鞋内,测量糖尿病足所承受的剪切应力。

这种变形材料制成的可反复变化的设备,还能够节省大量的空间。比如可变形家具,平时是可以放在墙上的平直状态,通过热量触发可以让它们自动组装成理想尺寸的桌子或椅子,堪称“装修鬼才”。

另外,科学家的下一个研究目标是降低该材料的转变温度,未来有望通过体温控制变化。这样智能手机按钮功能凭触觉就能激活,视障患者也可以轻松使用。

说不定某一天,我们每个人都能拥有一个“毒液”小可爱或者变形金刚,像路飞一样可以无限延伸的橡胶手臂,家居空间可以像乐高积木一样任意变幻,又或者是,“拔一根毫毛,吹出猴万个”。

又或者,技术的突破不是靠“章口就莱”,而是凭着基础科学的点滴进步,才让美猴王七十二变的童年幻想,化为清晰可触的现实。

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本文系作者 脑极体 授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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