Добавить новость
ru24.net
News in English
Август
2022

Researchers engineer novel material capable of ‘thinking’

0
Researchers engineer novel material capable of ‘thinking’ Penn State researchers create mechanical integrated circuit materials from conductive and non-conductive rubber materials that sense and react to tactile input, such as force. Credit: Kelby Hochriether/Penn State. All Rights Reserved.
Penn State researchers create mechanical integrated circuit materials from conductive and non-conductive rubber materials that sense and react to tactile input, such as force. Credit: Kelby Hochriether/Penn State. All Rights Reserved.

Someone taps your shoulder. The organized touch receptors in your skin send a message to your brain, which processes the information and directs you to look left, in the direction of the tap. Now, Penn State and U.S. Air Force researchers have harnessed this processing of mechanical information and integrated it into engineered materials that ‘think.’

The work, published today (Aug. 24) in Nature, hinges on a novel, reconfigurable alternative to integrated circuits. Integrated circuits are typically composed of multiple electronic components housed on a single semiconductor material, usually silicon, and they run all types of modern electronics, including phones, cars and robots. Integrated circuits are scientists’ realization of information processing similar to the brain’s role in the human body. According to principal investigator Ryan Harne, James F. Will Career Development Associate Professor of Mechanical Engineering at Penn State, integrated circuits are the core constituent needed for scalable computing of signals and information but have never before been realized by scientists in any composition other than silicon semiconductors.

His team’s discovery revealed the opportunity for nearly any material around us to act like its own integrated circuit: being able to ‘think’ about what’s happening around it.

“We have created the first example of an engineering material that can simultaneously sense, think and act upon mechanical stress without requiring additional circuits to process such signals,” Harne said. “The soft polymer material acts like a brain that can receive digital strings of information that are then processed, resulting in new sequences of digital information that can control reactions.”

The soft, conductive mechanical material contains reconfigurable circuits that can realize combinational logic: when the material receives external stimuli, it translates the input into electrical information that is then processed to create output signals. The material could use mechanical force to compute complex arithmetic, as Harne and his team demonstrated, or detect radio frequencies to communicate specific light signals, among other potential translation examples. The possibilities are expansive, Harne said, because integrated circuits can be programmed to do so much.

“We discovered how to use mathematics and kinematics — how the individual constituents of a system move — in mechanical-electrical networks,” Harne said. “This allowed us to realize a fundamental form of intelligence in engineering materials by facilitating fully scalable information processing intrinsic to the soft material system.”

According to Harne, the material uses a similar ‘thinking’ process as humans and has potential applications in autonomous search and rescue systems, in infrastructure repairs and even in bio-hybrid materials that can identify, isolate and neutralize airborne pathogens.

“What makes humans smart is our means to observe and think about information we receive through our senses, reflecting on the relationship between that information and how we can react,” Harne said.

While our reactions may seem automatic, the process requires nerves in the body to digitize the sensory information so that electrical signals can travel to the brain. The brain receives this informational sequence, assesses it and tells the body to react accordingly.

For materials to process and think about information in a similar way, they must perform the same intricate internal calculations, Harne said. When the researchers subject their engineered material to mechanical information — applied force that deforms the material — it digitizes the information to signals that its electrical network can advance and assess.

The process builds on the team’s previous work developing a soft, mechanical metamaterial that could ‘think’ about how forces are applied to it and respond via programmed reactions, detailed in Nature Communications last year. This earlier material was limited to only logic gates operating on binary input-output signals, according to Harne, and had no way to compute high-level logical operations that are central to integrated circuits.

The researchers were stuck, until they rediscovered a 1938 paper published by Claude E. Shannon, who later became known as the “father of information theory.” Shannon described a way to create an integrated circuit by constructing mechanical-electrical switching networks that follow the laws of Boolean mathematics — the same binary logic gates Harne used previously.

“Ultimately, the semi-conductor industry did not adopt this method of making integrated circuits in the 1960s, opting instead to use a direct-assembly approach,” Harne said. “Shannon’s mathematically grounded design philosophy was lost to the sands of time, so, when we read the paper, we were astounded that our preliminary work exactly realized Shannon’s vision.”

However, Shannon’s work was hypothetical, produced nearly 30 years before integrated circuits were developed, and did not address how to scale the networks.

“We made considerable modifications to Shannon’s design philosophy in order for our mechanical-electrical networks to comply to the reality of integrated circuit assembly rules,” Harne said. “We leapt off our core logic gate design philosophy from the 2021 research and fully synchronized the design principles to those articulated by Shannon to ultimately yield mechanical integrated circuit materials — the effective brain of artificial matter.”

The researchers are now evolving the material to process visual information like it does physical signals.

“We are currently translating this to a means of ‘seeing’ to augment the sense of ‘touching’ we have presently created,” Harne said. “Our goal is to develop a material that demonstrates autonomous navigation through an environment by seeing signs, following them and maneuvering out of the way of adverse mechanical force, such as something stepping on it.”

Other authors of the paper include Charles El Helou, doctoral student in mechanical engineering at Penn State, and Benjamin Grossman, Christopher E. Tabor and Philip R. Buskohl from the U.S. Air Force Research Laboratory.

Harne’s National Science Foundation Early Career Development Award and the U.S. Air Force funded this research.




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



В Воскресенске росгвардейцы задержали гражданку, находящуюся в федеральном розыске

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие

Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends


Гастроэнтеролог Садыков назвал дыню натуральным средством от запоров

Ледяная ловушка: доктор Кутушов рассказал про опасность мороженого в жаркую погоду

СЛД «Москва-Сортировочная» филиала «Московский» компании «ЛокоТех-Сервис» оказывает содействие студентам Высшей инженерной школы

Аромат романса и романтика слова – звезды оперной сцены представили I Международный фестиваль «Мир классического романса»


Mets survive late barrage to beat Yankees in Subway Series opener

Chelsea enter Conference League despite speculation they could snub Uefa competition after facing tough financial rules

Who could England get next in Euro 2024 knockout stage after going through to last-16?

Why does former Man Utd striker Memphis Depay wear a headband and what is written on the Dutch footballer’s headgear?


Врач рассказал об опасности заражения кишечной инфекцией при употреблении суши

Заместитель Московско-Курского транспортного прокурора в рамках работы мобильной приемной провела личный прием граждан на Курском вокзале г. Москвы

В Петербурге рассказали о спросе на кроссовер JAECOO J8

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие


The latest friendship-ruining co-op game on Steam is a punishing platformer where you're chained to your pals, and it's about to crack 100,000 concurrent players

Для Dark and Darker Mobile проходит короткий бета-тест на iOS и Android

All Destiny 2 Prismatic fragment locations

'I absolutely suck at video games': Hidetaka Miyazaki discusses how he prepped for Elden Ring: Shadow of the Erdtree


Робота водієм у Таксі 571 (Київ)


29 июня на играх «Дети Азии» состязания пройдут по десяти видам спорта

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие

В Воскресенске росгвардейцы задержали гражданку, находящуюся в федеральном розыске

Участие в СВО признали побегом // Заочно арестован подсудимый, сбежавший в вооруженные силы




У любителей сериалов нашли "ген одиночества"

Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends

Власти Конго предлагают ЛУКОЙЛу участие в новых проектах

В Воскресенске росгвардейцы задержали гражданку, находящуюся в федеральном розыске


Сбежавшего на СВО подсудимого объявили в розыск

РБК: концертный рынок РФ испытывает сложности из-за нехватки выступлений

Академия Генерального штаба: от эпохи Николая I до Русско-японской войны

Цифра дня: сольный концерт Егора Крида обошелся ему в 100 млн рублей


Теннисистка Калинская не примет участие в Олимпиаде, несмотря на допуск от МОК, сообщил Тарпищев

Хачанов и Калинская выступят на турнире в Вашингтоне, который пройдет во время Олимпиады

WTA удивила решением по Елене Рыбакиной перед стартом Уимблдона

WTA "кинул" Рыбакину и Швентек


Губернатор: в больницах Севастополя остаются 23 человека

Сбежавшего на СВО подсудимого объявили в розыск

Молодожены в Богородском округе передали корма приюту животных

"Кому не нравится музыка, можете покинуть вагон". А потом мигрант устроил драку


Музыкальные новости

...Есть чем платить, но я не хочу победы любой ценой. Памятник Виктору Цою в Санкт-Петербурге

В Якутске ставят «Риголетто» на итальянском языке, чтобы опера звучала, как в Мариинке

Пианист Березовский даст пять концертов в рамках фестиваля «Безумные дни»

Отчетный концерт: Баста, Ольга Бузова, Клава Кока и другие звезды устроили сюрпризы для школьников



Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие

В Воскресенске росгвардейцы задержали гражданку, находящуюся в федеральном розыске

Пожилой мужчина погиб при лобовом столкновении с грузовиком в Подмосковье

Омск стал первым в рейтинге миллионников по росту цен на новостройки


Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends

«Ему плевать»: пентхаус Киркорова в Москве сочли незаконным из-за надстройки

Пер-во г.Люберцы-на призы БФ Люберецкий Квартал 24-30.06.2024

Познание мышления мозга


За чем люди едут в слободу Петровку?

"Кровь с асфальта тут же смывали": что творилось за кулисами "Черкизона"?

В клубном доме Artisan на Арбате открылись продажи редких коммерческих площадей под «тихий» ритейл

Пожилой мужчина погиб при лобовом столкновении с грузовиком в Подмосковье


Путин указал на важность науки и образования для развития России

Какой шаг Путина может обесценить доллар, объяснил Глазьев

Путин обсуждает с Совбезом РФ ситуацию вокруг ДРСМД

Выпускные вечера пройдут в России 28 и 29 июня





Московские студенты пройдут производственную практику в онкодиспансере в Балашихе

Пробил голову самокатом. Пятилетняя девочка попала в реанимацию в Москве

Зубной имплантат. Что нужно знать перед операцией

Гастроэнтеролог Садыков назвал дыню натуральным средством от запоров


Нариман Джелял переехал из сибирской тюрьмы в Киев


КОМПАНИЯ LG НАЗВАНА ОФИЦИАЛЬНЫМ ПАРТНЕРОМ ЧЕМПИОНАТА МИРА ПО КИБЕРСПОРТУ 2024 ГОДА В САУДОВСКОЙ АРАВИИ

Роспотребнадзор запретил купаться на пляже «Динамо» и Головинских прудах Москвы

Медальный зачет Игр «Дети Азии» 28 июня: по-прежнему впереди Узбекистан

Деликатес в чаше: всего по чуть-чуть


Лукашенко рассказал о совместном развитии России и Беларуси

Посол Беларуси: Визит Лукашенко придал дополнительный импульс развитию двустороннего сотрудничества

Лукашенко обратился к лидеру Туркменистана



Собянин поздравил Московский продюсерский центр с юбилеем

Сергей Собянин поздравил москвичей с Днем молодежи

Собянин: В этом году в ТиНАО будет благоустроено несколько больших зон отдыха

Сергей Собянин. Главное за день


На российскую столицу надвигается африканская жара

Простой способ охладиться в аномальную жару подсказал московский врач

"Интеррос", "Атомайз", Эрмитаж и Т-Банк готовят второй этап проекта «Цифровое искусство»

Экономическая ценность деревьев в экосистеме города


Сбежавшего на СВО подсудимого объявили в розыск

Цифра дня: сольный концерт Егора Крида обошелся ему в 100 млн рублей

Валиева о дальнейшей учебе: я еще не определилась и нахожусь в раздумьях

Молодожены в Богородском округе передали корма приюту животных


АО «Транснефть - Север» выпустило молодь атлантического лосося в реку в Архангельской области

АО «Транснефть - Север» выпустило молодь атлантического лосося в реку в Архангельской области

Портативный ТСД корпоративного класса Saotron RT-T70

Архангельская область войдет в федеральный историко-культурный туристический проект «Императорский маршрут»


Водитель так торопился к морю, что вдребезги разбил о дерево свою жизнь

Выставка-предупреждение «Лицо беды»

Удивительно, но факт: в Симферополе снять квартиру дороже, чем в Севастополе

В Симферополе пройдут антитеррористические учения


РБК: концертный рынок РФ испытывает сложности из-за нехватки выступлений

Молодожены в Богородском округе передали корма приюту животных

Воробьев сообщил, что на месте «Крокуса» больше не будет концертного зала

В «Дохсуне» проходит финал соревнований по художественной гимнастике












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
WTA

WTA удивила решением по Елене Рыбакиной перед стартом Уимблдона






Программа «Темы дня» (28.06.2024) на телеканале «Красная Линия»

Молодожены в Богородском округе передали корма приюту животных

Воробьев сообщил, что на месте «Крокуса» больше не будет концертного зала

Холодный фронт собьет жару в Санкт-Петербурге