科学家用人造肌肉构建图灵计算机

2013-03-30 15:47:58  来源:科技日报

  据物理学家组织网3月29日(北京时间)报道,新西兰奥克兰大学科学家最近设计出一种人造肌肉计算机,其采用最简单的通用图灵机设计,只要时间和内存足够,就能解决任何计算问题,并且也能“思考”。这为开发智能型仿真假体、能适应环境变化的柔软机器人铺平了道路。相关论文发表在最近出版的《应用物理快报》上。

  1936年,阿兰·图灵证明,所有材质的计算机都具有相同的基础逻辑结构。人们熟悉的计算机大多是由硅半导体制成,其他还有用DNA、光等其他非传统材料制成的计算机。

  “据我们所知,这是首次用人造肌肉来建造计算机。”论文作者之一、奥克兰大学的本杰明·马克·奥布赖恩说,“这样它们能直接而紧密地嵌入人造肌肉设备中,让这些设备像有了生命一样灵活反应。虽然目前我们的计算机还有很多坚硬部分,但本质上是弹性柔软的,且能与传统的计算方法相匹敌。”

  人造肌肉计算机仿照斯蒂芬·沃尔弗拉姆的2,3图灵机结构制成,有一个读写头能阅读存储在带子上的符号,然后根据该符号和自身状态(0或1)按照编好的一套指令来确定下一步该写入或存储什么。2,3图灵机是已知的最简单通用机型,对人造肌肉材料来说非常理想。理论上只要13条肌肉,就能解决任何计算问题。

  人造肌肉能通过舒张和收缩,执行多种计算过程所涉及的机械运动。比如肌肉把滑动子推到合适位置、编制指令表等。在演示例子中,肌肉舒张时会按下开关通电。目前的人造肌肉计算机很大(约1立方米)也很慢(0.15赫兹),但在测试输入时,能输出正确的计算序列。

  人造肌肉也能计算和“思考”,通过感知、计算、移动,人造肌肉会让这些设备适应复杂多变的环境,就像真正的肌肉那样灵活反应。奥布赖恩说,比如章鱼,它们有极其灵巧的触手,能以无限自由度操作。“章鱼解决这一问题是靠遍布手臂的分布式神经元。利用人造肌肉逻辑,将来我们也能让机器人做到这一点。”

  研究人员打算分步骤实现这些目标。奥布赖恩说:“将来我们想把技术微型化,让它运行更快、更便于携带;开发更持久耐用的材料;实现计算机整体软化;开发模拟结构;造出具有内置计算机的软体机器人控制器。”

  总编辑圈点

  很早之前,科学家就已被人造肌肉的潜力所震惊:它们不仅仅是可进行自我修复的医学界奇迹,还是精密制造界的至宝——纤细、强劲、敏捷、柔软。凭借这些特性人们能打造出超细小的零件,能利用人造肌肉的收缩产生电力,还能通过电流变化使人造肌肉呈复杂状态。但拿到如今这台“软体”图灵机面前,以上就太小巫见大巫了。人造肌肉正如预言中一般影响着机器人技术的发展。这真要感谢近几年特殊聚合体材料和智能材料的蓬勃之势,是它们使人造肌肉真正取得了突破。(记者常丽君)

责任编辑: 豆豆
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