在1946年，美國賓夕法尼亞大學推出世界上第一臺通用計算機以前，沒有人能想象出實現(xiàn)大型計算的機器該長成什么樣子。它是方還是圓，是長還是短都是一個謎。隨后，當它真正出現(xiàn)在現(xiàn)實中時，人工幫助下的進化開始了!七十年，它從龐然大物變?yōu)檎浦袑?，從最初的計算工具變?yōu)槿四X思維的輔助工具。如今，美國賓州卡內(nèi)基·梅隆大學的機械工程師們又提出：柔性計算機將成為現(xiàn)實!

兩位機械工程師就試圖用新方法創(chuàng)造出柔軟到能夠變形的晶體管

據(jù)外媒《物理科學》官方網(wǎng)站報道，來自卡內(nèi)基·梅隆大學的機械工程師卡梅爾·馬杰迪和詹姆斯·魏斯曼是液態(tài)金屬領域的杰出研究者。他們發(fā)現(xiàn)用液態(tài)合金能夠制作出晶體管，從而讓更多電子元件實現(xiàn)柔性轉化。

長久以來，科學家們一直試圖創(chuàng)造出更具有可塑性的電子器件，可穿戴設備就是一個典型例子。隨著科技的不斷進步，人們越來越希望智能AI和機械力量能夠在彼此融合的前提下，保持無處不在的特性。計算機所擁有的那些強大功能逐漸向手機上轉移，而手機的智能也在影響著交通工具、家居設備、辦公場所的一系列轉變。谷歌眼鏡雖然并不成功，但卻打開了想象的窗口——倘若晶體管能夠改變形態(tài)，那么如今看似不可能的一切都會發(fā)生。

那么晶體管是什么呢?它其實是一個處理信號和數(shù)據(jù)的微型器件。傳統(tǒng)意義上，作為一種固體半導體器件，它具有檢波、整流、放大、開關、穩(wěn)壓和信號調(diào)制等多種功能。不管是筆記本電腦、智能手機還是日常使用的數(shù)字溫控器，都要用到它?？梢哉f，它幾乎是每個電子設備背后的核心元件。正是晶體管在發(fā)展中日益縮小體型，才有了如今的輕薄型筆記本電腦。

面對如此強大的元件，科學家們自然不會放過任何一次改進機會，兩位機械工程師就試圖用新方法創(chuàng)造出柔軟到能夠變形的流體晶體管。尋找新材質是第一步，但像銅或銀等硬質金屬，或汞這類有毒的液態(tài)金屬都已被排除在外，研究者使用了稀有金屬中的銦和鎵制作出一種混合的液態(tài)合金，能夠直接注入橡膠內(nèi)部，讓電路像皮膚一樣，柔軟又具有彈性。

研究小組從對毛細管的不穩(wěn)定性研究中得到了啟發(fā)

原來，常溫常壓下銦的熔點為156.61攝氏度，非常軟，比鉛的硬度低得多，用指甲就能刻痕。而鎵的熔點僅為29.78攝氏度，常溫常壓下就是液態(tài)，同時還具有穩(wěn)定固體的復雜結構。研究者們在與北卡羅來納州立大學的科學家邁克爾·迪基的合作中，發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬不僅可以用來制作柔性電路，還具備做電氣開關的功能。

在新型的流體晶體管中，打開或關閉兩個液態(tài)金屬液滴之間的連接就能實現(xiàn)開關功能。在電路兩端，若有一端電壓降低，金屬液滴就會相互運動并融合成一體，形成導電的金屬橋，若兩端電壓相等，金屬液滴就會自動斷開，電路就不再通電。

外媒指出，這種對黏糊糊金屬的利用方式潛力無限，從本質上講，流體晶體管是一種更加復雜的開關，而液態(tài)合金金屬能在無毒的前提下實現(xiàn)柔性控制電路，且只用少量電壓就成功模仿了傳統(tǒng)晶體管的特性。

本項目的研究論文已發(fā)表于雜志《高級科學》中，工程師卡梅爾·馬杰迪在論文中表示，研究小組從對毛細管的不穩(wěn)定性研究中得到了啟發(fā)。在生活中，人們常常會看到，打開水龍頭，在流量變?yōu)闃O低的過程中，水會發(fā)生從穩(wěn)定流到單液滴的轉變。這種性質有個學名，被稱為瑞利泰勒不穩(wěn)定性。

研究者只需找到誘導液態(tài)合金金屬液滴產(chǎn)生這種不穩(wěn)定性的方法，就能解決流體晶體管內(nèi)液滴在一滴狀態(tài)與兩滴狀態(tài)間的轉換問題。

一旦材料可以用編程來改變結構，那么其功能也會隨之改變

馬杰迪和同事在對氫氧化鈉溶液的液滴進行一系列測試后，發(fā)現(xiàn)液滴的不穩(wěn)定性可以被外部電壓和電化學反應之間的耦合反應所驅動。原理是，耦合反應會引發(fā)液滴表面產(chǎn)生氧化梯度，從而引發(fā)液滴的表面張力產(chǎn)生梯度，最終使一個液滴轉化為兩個液滴。

馬杰迪指出，試驗中，兩個液滴就類似于流體晶體管中的源極和漏極，借助場效應原理，就能通過編程來連接和斷開電路，甚至還能用來創(chuàng)建和重構物理電路!

但凡能通過編程來改變材料應用，那么方法幾乎是無窮無盡的。而一旦材料可以用編程來改變結構，那么其功能也會隨之改變，甚至能夠重組內(nèi)部組織，以修復自身在極端環(huán)境下受到的損壞。研究者們暢想，未來液態(tài)合金制成的流體晶體管將會用在那些需要巨大物理結構變形的制造領域，比如，一架仿生的鳥形飛行機器人。以液態(tài)合金為血脈筋骨的機器人，無論是收縮還是張開翅膀，機翼上的電路都能隨之變形，重新配置，保持正常工作的運行，不受形態(tài)變化的影響。

顯然，新的電子元件和合金材料也適用于制造液體計算機，科學家們甚至提出將未來的液態(tài)計算機與生物材料相結合，從而以更直接的方式了解人體內(nèi)部的情況，比如仿生義肢等。它們能直接與人體組織接觸，既能充當疾病監(jiān)測器，也能幫助患者恢復殘疾部位的功能。

此外，部分搜索和救援類型的機器人也可以用它們來取代部分零件，這樣在受到損壞時，就能自我更新電路，從而提高工作效率，就像《終結者》系列電影中的反派角色，機器人T-1000一樣。外媒稱，雖然這些暢想目前聽起來還像科幻小說一樣，但終有一天，柔性計算機會變得像今天的超薄筆記本電腦一樣，隨處可見。