近日，杨楠教授团队在综合类顶刊《Research》上发表研究文章“Flexible, Light-Interacting, B-Shaped Structures for Computations”，探索机械超材料与光互动进行复杂计算的新机理。

如今，探索太空和其它行星已成为可能。然而，在某些极端环境，如：太空高能电磁波和带电粒子环境，像金星这种高辐射强度的行星上，甚至在地球高辐射区域，电子计算系统将面临失效。为此，有必要使用非传统的计算技术。

机械计算作为一种非传统计算手段，因其准确性、稳定性再次引起学界的关注。早期的机械计算机是一类利用珠子、杠杆、连杆和齿轮进行计算的系统，但是杨楠教授团队并没有简单地回到古老的模型，而是采用了先进的机械超材料的理念和技术。这些材料表面包含巧妙的人工结构及受自然启发的几何排列，通常赋予超材料不同寻常的物理和机械性能。另一方面，借助增材制造方式，可以精确制造出各种复杂结构。此项工作中，杨楠教授带领团队设计并制造了B形柔性机械超材料单元，通过手指的压力就能轻易地获得变形。我们发现这些柔性单元与力和光的互动能进行各种计算：从基本的“与、或、非、异或、同或”门，复杂的逻辑组合，多位数间的加减运算，到模拟-数字量转换器和随机数发生器等，而且具有清晰、明确、稳定的输入输出。在此基础上提出一个通用性的计算框架，其通用性在于：根据布尔逻辑的析取范式直接形成计算系统，不仅与力和光，还能利用其它物理信号（热、声、电、化学、生物）进行计算。

如同材料的刚度、泊松比、热膨胀系数等性能一样，计算也是一种材料属性。将该材料嵌入柔性机器人、传感器、驱动器中，有望构建独立的自治系统，具有“决策-行动”能力。一旦解决器件尺度、计算速度和内存等问题，该机械计算机有望取代传统的电子计算机在极端环境中工作。

该工作受到国家自然科学基金、 广东省自然科学基金、汕头大学科研启动基金 、广东省高校重点专项基金 、 广东省高校创新团队项目和2020李嘉诚跨学科研究基金的资助。该工作由团队负责人杨楠教授提出原创思想并进行指导，由魏华贤老师和硕士研究生钱政、张雨波共同完成。

《Research》（中科院一区，IF=11.036）是中国科协与美国科学促进会于2018年共同创办的定位为国际化、高影响力、世界一流水平、综合性、大型OA科技期刊，是美国《Science》自1880年创刊以来第一本合作期刊，对标Science和Nature。主要发表先进能源、先进制造、先进材料、人工智能、环境科学、柔性电子、健康科学、信息科学、微纳科技、量子信息、空间科学，11个热点交叉领域突破性原创研究成果。2022年，《Research》在Scopus收录的全球综合类120种期刊中位列第9位，居国内综合类期刊第3名，并已连续第3年获得“中国最具国际影响力学术期刊”。

文章链接：

https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0085