擁有記憶的可變形材料，正在讓AI七十二變|AI的朋友（一）

引言：

在2018年一整年中，我們不斷地從技術(shù)、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)等等角度談?wù)撝?a href="http://m.ygpos.cn/AI_1.html" target="_blank" class="keylink">AI的成長?？刹徽撟叩枚嗫?，科技都不該與“孤獨(dú)”劃上等號。真正能撬動這個世界的，是那些從不同地方出發(fā)，最終有幸在山頂相遇的一系列新技術(shù)。

AI也是如此，在說了整整一年AI的成長后，我們不如移開目光，看看那些即將和AI相遇的技術(shù)：更柔軟、更輕薄的材料會如何改變AI的載體、5G的出現(xiàn)究竟會如何影響AI、生物科學(xué)的發(fā)展教給了AI什么……在《AI的朋友》這一系列中，我們將分別介紹那些與AI息息相關(guān)的技術(shù)在過去一年的發(fā)展歷程，看看在它們彼此相遇后，世界會被共同涂抹上怎樣的色彩。

最近的快樂源泉莫過于六小齡童老師的語錄了。其中最廣為傳（吐）頌（槽）的，就是那段“外國人把西游記看做是科幻的預(yù)言，孫悟空拔一根毫毛變成無數(shù)跟他長得一樣的猴子，這就是最早的克隆人技術(shù)……”

是耶非耶，見仁見智。不過真想用一根毫毛變幻出世界萬物，“六學(xué)”精通到滿級恐怕都做不到，還是得靠材料學(xué)的進(jìn)步。

今天咱們就“文體兩開花”，弘揚(yáng)新材料文化，帶大家關(guān)注一下，最近萊斯大學(xué)科學(xué)家發(fā)明的一種新液晶變形材料。

這種橡膠狀的納米材料，只需加熱就可以從一種復(fù)雜形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N，觸感真實(shí)有彈性。感覺它實(shí)現(xiàn)“拔一根毫毛，吹出猴萬個”的進(jìn)展，會比“中美合拍”還更快到來呢。那么，這么神奇的功能究竟是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

新可變形材料，有什么神奇之處？

最近，萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家拉斐爾·韋爾杜斯科和研究生摩根·巴恩斯設(shè)計(jì)出了一種全新的聚合物，使用了液晶彈性體，在加熱時（80℃）可以被模塑成任何復(fù)雜形狀，更重要的是，這種變形是可以雙向進(jìn)行的。

液晶彈性體（LCD）最常見的應(yīng)用場景是液晶電視顯示器。以往液晶彈性體的分子排列方式一旦受到外界刺激，其變形需要通過不可逆的重新編寫才能實(shí)現(xiàn)。

而科學(xué)家在這種新可變性材料中加入了一種光敏開關(guān)。冷卻時，形成液晶的分子占主導(dǎo)地位，使它保持固定的形狀。一旦接觸到熱刺激，橡皮筋一樣的彈性體就會放松，開始“融化”，變成設(shè)計(jì)好的另一種樣子。

巴恩斯制作了很多樣本，比如樂高積木、一張臉、一朵玫瑰花等復(fù)雜的形狀，當(dāng)加熱到80℃(176華氏度)左右的溫度時，這些物體就會舒展開，塌陷成一張平板紙。移除熱量后，又會在幾分鐘內(nèi)恢復(fù)原狀。

這個實(shí)驗(yàn)看起來簡單，實(shí)際上要實(shí)現(xiàn)液體和固體的相互作用和平衡，真沒那么容易。

舉個例子，我們可以將液態(tài)金屬按想象捏成任何固態(tài)的樣子。但要讓“作品”直接轉(zhuǎn)變成另一種固態(tài)形狀，卻不太現(xiàn)實(shí)。往往需要重新將它化成水，再進(jìn)行二次塑造。

有了液晶彈性體，就不用這么麻煩了。只要提前設(shè)定好“程序”，這種聚合物就可以憑借強(qiáng)大的“記憶力”，在光熱刺激下完成三維形狀的相互轉(zhuǎn)換。聽起來是不是很帶感？

有意思的是，今年8月，來自美國科羅拉多州博爾德大學(xué)也在《科學(xué)進(jìn)步》雜志上發(fā)表了類似的成果。早前，浙江大學(xué)的研究人員也推出了可以事先設(shè)定形狀并自由變換形態(tài)的新型塑料。

為什么各國的材料科學(xué)家們都如此熱衷于研發(fā)這種新材料？或許這個問題背后，很有可能隱藏著影響AI前景的關(guān)鍵點(diǎn)。

學(xué)會七十二變，AI也能飛上青天？

這種新型可變形材料對AI的影響，可以通過以下四個困擾產(chǎn)業(yè)界的難題來找到答案：

1.機(jī)器人應(yīng)用的普適性難題。

過去我們講過很多微型機(jī)器人，尤其是機(jī)器蛇這樣的仿生機(jī)器人，可以在緊急救援、特殊環(huán)境下替代人來完成工作，降低人類自身的安全風(fēng)險(xiǎn)。但由硬金屬打造的身體，大大限制了機(jī)器人對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。

結(jié)構(gòu)和材料研究都制約著工程師們的想象力和軟性機(jī)器人的運(yùn)動場景。但用這種材料做成的機(jī)器人，在遇到障礙物時，可以自由地改變形狀，被破壞了還能夠自我修復(fù)，不就是輕松carry全場的“毒液”同款嘛！

2.智能制造的成本困境。

限制3D打印、智能機(jī)械等進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)的問題之一，就是材料成本高。

畢竟常規(guī)材料每一次注塑成型，都會將原有的分子結(jié)構(gòu)打破得一干二凈，但液晶彈性體能夠憑借“材料記憶”被循環(huán)使用。

只要設(shè)定好“程序”，它就可以根據(jù)溫度發(fā)生多次改變，并且讓成本變得更低廉。醫(yī)用傳感器、自動伸展的太陽能板、可變形機(jī)器人等智能機(jī)械的大規(guī)模生產(chǎn)，也因此有了新的可能性。

3.生產(chǎn)智能化的產(chǎn)業(yè)升級需求。

中國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，以及新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，都帶來了生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。

比如意大利科學(xué)家設(shè)計(jì)了一款可以感應(yīng)人體汗水的衣服，能夠自動打開和關(guān)閉背部的布料來給人體降溫或保暖。但如果沒有創(chuàng)新材料作為先決條件，就陷入了“巧婦難為無米之炊”的尷尬局面。

而液晶彈性體的發(fā)現(xiàn)，讓產(chǎn)品創(chuàng)新成為可能，也進(jìn)一步從應(yīng)用端推動產(chǎn)業(yè)鏈的延展和升級，吸引傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造廠商主動變革，挖掘變形產(chǎn)品進(jìn)入日常生活所帶來的商業(yè)想象力。

4.AI創(chuàng)新的算力短缺。

眾所周知，AI系統(tǒng)需要大規(guī)模的運(yùn)算處理能力來支持，但目前全球的芯片都出現(xiàn)了供需失衡。英特爾忙到宣布取消自己的代工業(yè)務(wù)，連區(qū)塊鏈公司都能從挖礦轉(zhuǎn)型AI芯片制造，可見背后的算力缺口有多大。

而液晶彈性體的出現(xiàn)，有望解決芯片制造的產(chǎn)能問題，從而緩解算力短缺、芯片漲價給AI技術(shù)普及帶來的限制。

總而言之，如果說AI是建立在生產(chǎn)、需求、成本等綜合條件上才能最終呈現(xiàn)的真實(shí)，那么液晶彈性體的出現(xiàn)，就好比16世紀(jì)辣椒作為新食材傳入中國，改變的不僅僅是一小部分人的飲食習(xí)慣，也成為許多菜系出現(xiàn)和繁榮的先決條件。

可變形材料對大眾意味著什么？

當(dāng)然，上述都是液晶彈性體可能給AI產(chǎn)業(yè)帶來的一些變革。

對于普通人來講，這種新材料究竟能燒出哪些“好菜”嘗嘗鮮，才是我們關(guān)心的重點(diǎn)好嗎？

目前看來，液晶彈性體確實(shí)能帶來不少現(xiàn)實(shí)好處，比如可以制成軟性機(jī)器人，在實(shí)施救援、醫(yī)療等動作時，操作更加精準(zhǔn)，避免對操作對象造成二次傷害；

再比如，可以作為某些傳感器的理想材料。像是嵌入鞋內(nèi)，測量糖尿病足所承受的剪切應(yīng)力。

這種變形材料制成的可反復(fù)變化的設(shè)備，還能夠節(jié)省大量的空間。比如可變形家具，平時是可以放在墻上的平直狀態(tài)，通過熱量觸發(fā)可以讓它們自動組裝成理想尺寸的桌子或椅子，堪稱“裝修鬼才”。

另外，科學(xué)家的下一個研究目標(biāo)是降低該材料的轉(zhuǎn)變溫度，未來有望通過體溫控制變化。這樣智能手機(jī)按鈕功能憑觸覺就能激活，視障患者也可以輕松使用。

說不定某一天，我們每個人都能擁有一個“毒液”小可愛或者變形金剛，像路飛一樣可以無限延伸的橡膠手臂，家居空間可以像樂高積木一樣任意變幻，又或者是，“拔一根毫毛，吹出猴萬個”。

又或者，技術(shù)的突破不是靠“章口就萊”，而是憑著基礎(chǔ)科學(xué)的點(diǎn)滴進(jìn)步，才讓美猴王七十二變的童年幻想，化為清晰可觸的現(xiàn)實(shí)。

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