8月8日《科学》杂志精选—资讯—科学网
时间:2017-12-07

  8月8日,“科学”杂志精选 - 新闻 - 科学网

  研究人员利用平面材料的图案和折纸过程的启发,构建了一个真实世界的变形器,一旦组装完成,就可以爬行和翻身,自动折迭机器人。这样的机器在搜寻和救援任务中具有各种潜在的应用,包括将物体传递到诸如倒塌的建筑物之类的封闭空间。在一篇相关的报告中,研究人员展示了他们如何设计出一种基于折纸的轻便,可调整的超韧材料。研究人员说,将这种材料纳入机器可以用来增强其功能。

  自我组装的过程发生在人的周围;生物分子形成的结构,如病毒,不必由外部来源驱动,社区中的昆虫以同样的方式建立巢穴。有几种类型的自组装可用于工程。一个是,平面材料本身被组织为三维材料,这是特别有用的,因为它产生复杂和可扩展的形状,在其重量方面非常强。然而,按照现有的类似方法,没有任何机器可以折迭起来,然后在没有外部人工协助的情况下运行,还没有生产出来。一旦创建,这样的机器人将是非常有价值的,因为他们可以大量运输在不同类型的工作在一个平坦的条件。今天,Felton等人。通过展示一种构建可自动折迭的机器人履带的方式,迈出了一大步。研究人员用容易找到的材料建造机器人;一种透明的形状记忆聚合物,设计成在100摄氏度下收缩并具有自动折迭的铰链。将铰链放置在这些聚合物中,结合它们在被触发时折迭(通过发热电路)的顺序,创建一个复杂的3D机器。为了使折迭过程自动进行,研究人员使用3D折纸设计软件,在聚合物中创建了详细的皱纹图案。机器人自行装配后,它就会走路,然后转身。这项工作显示了建立自组装机器的实际过程。作者说,由于其相对易于实施,适用于广泛的应用。

  在一篇相关报道中,Jesse Silverberg等人研究了一种特殊类型的锯齿折纸折迭,用于有效收集太阳能电池板进行太空飞行。使用这个模型来创建折迭板,然后通过添加或去除缺陷,研究人员设计了一种结构改变板来控制其机械性能的方法。这种方法将允许科学家创造具有理想强度或刚度特性的超材料。通过将这里开发的可调节设计原则扩展到自我折迭机器人系统,这项工作为可以根据需要改变其机械能力的机器铺平了道路。

  电脑芯片可以模仿大脑的特点

  研究人员设计了一个具有大脑接线和架构的计算机芯片,可以实时执行复杂的任务,同时消耗很少的能量。该芯片已经准备好用于在传统计算机芯片上不能很好地运行的计算机设备的设计。人脑可以执行复杂的操作,同时消耗很少的能量并占用很小的空间。这激励了工程师们朝着一个认知计算的新时代迈进,在这个计算领域中,小型节能芯片能够完成与数十年梦想的科学家同样的工作。然而,目前这种计算机还不存在,部分原因是经典的数字计算机体系结构约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann)及其同事首先提出的有效性有限,特别是与大脑能够完成的相互关联的神经网络相比。

  现在,为了让大脑启发的计算更近一步,Paul Merolla等人根据不同的配置构建一个芯片。他们的工作受到普通神经网络脉冲神经网络的启发。它不会以一定的时间间隔放电,而这种配置下的人工神经元只会在电力负荷达到一定值时放电。这种放电反过来影响其他神经元上的电荷,就像在真正的大脑中发生一样。研究人员的基本组成部分是256个输入线(轴突)和256个输出线(神经元)的核心。他们连接了4000多个这样的内核,并在一个名为TrueNorth的数字计算机芯片上实现,该计算机芯片拥有超过2.56亿个突触交换电信号。该芯片完成了一个复杂的图像检测测试,它必须从背景中挑选人物或自行车等物体。研究人员的设计不仅效率高,而且具有可扩展性,TrueNorth可以构建具有数千个核心,数亿个神经元和数千亿突触的系统,就像这些瓦片覆盖样本一样,Merolla等人设想结合他们的芯片与传统的计算机体系结构相辅相成,DARPA资助了这项工作。

  一罐无碳氨配方

  由水和氮制造氨的新型电化学方法可以指示从纯的可再生来源生产肥料的方法。一个典型的肥料氨制备过程涉及氮的加氢,但在这个过程中使用的氢消耗了世界天然气生产的3%到5%,并排放大量的二氧化碳污染物。电化学方法由Stuart Licht和他的同事开发已经减少了对天然气的这种需求,使其成为一种潜在的更绿色的过程,在它们的一锅合成中,水和氮在熔融氢氧化物盐中直接相互作用以产生氨,这种相互作用由电流触发,分散在整个熔融混合物中的纳米结构氧化铁的帮助,混合物保持稳定几个小时,但是研究人员希望他们的证明将导致更稳定和有效的氨生产方法。

  (本专栏文章由美国科学促进会专门提供)

  “中国科学”(2014-08-19第二版国际)