江南大学葛明桥团队《自然·通讯》：提出材料触觉逻辑
近日，江南大学纺织服装学院葛明桥团队在国际权威期刊Nature Communications上发表了题目为“Materials tactile logic via innervated soft thermochromic elastomers”的学术论文（Nature Communications, 2019, 10, 1, 4187, IF：11.8）。传统的机器依靠刚性的、集中的电子元件来进行逻辑处理，这限制了机械的复杂性和可伸缩性。论文提出使用柔性材料本身作为决策者，为创造完全柔软的机械设备提供了可能性，为研究完全柔软且可以响应相互作用、周边环境的反馈回路嵌入式传感器提供了理论依据。
图1.液态金属支配热变色硅树脂实现材料逻辑的平台
自然界充满了柔软的功能性材料，但是迄今为止，几乎没有一种人造材料可以实现类似眼睛(自适应光学)、皮肤(多模态感知和自愈)、神经网络和大脑(逻辑计算)这样完全是由软材料构建的传感器。自然界中也有许多完全软的生物，例如，头足类动物可以改变颜色，它们的神经系统能够对感觉输入并做出局部反应，而不需要大脑的集中处理。科学家们对利用柔性材料综合模拟这些传感功能很感兴趣。制造的材料能够应用在软机器人(用于人类辅助、修复和灾难响应)、人机界面、被动显示器、伪装适应性表面和电子皮肤等领域。
图2.热机械着色效应和触觉感知
葛明桥教授团队发现逻辑决策可以在材料层面完成，而不依赖半导体运算。受到章鱼手臂中分布式神经网络的启发，团队展示了一个完全柔软，可拉伸的有机硅复合材料（图1）。该有机硅复合体掺杂有热致变色颜料并可以受液态金属的支配，液态金属的变形能力使焦耳热发生几何变化加热，从而实现可调的热机械着色及感知触觉和应变（图2）。在更复杂的电路中，变形的液态金属可以重新分配电能到远端部分，以一种触觉“输入”转换成数字比色“输出”的方式来实现逻辑运算（图3）。
图3.通过能量重新分配实现的软触觉传感器和逻辑
该论文第一作者是江南大学纺织服装学院晋阳助理研究员，通信作者为葛明桥教授和北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey教授。
