研究人员发现了圆顶形状的一种新的可能用途，您可以在外带杯盖上找到这种形状。无人机机翼上的这些可翻转圆顶的图案可以让它在几微秒内记住危险条件的感觉并迅速做出反应

想象一下，你按一下汽水外带杯盖上那奇怪的、令人满意的小圆顶，也许有一天可能会使有翼无人机免于急转直下。无人机翅膀上这些可逆圆顶的图案可以让它在微秒内记住危险情况的感觉，并迅速做出反应。这项由普渡大学(Purdue University)和田纳西大学诺克斯维尔分校(University of Tennessee, Knoxville)的研究人员进行的研究的材料可以利用自身的形状来学习如何适应周围环境，是超材料的首批示范之一，相关研究论文已发表在《先进智能系统》《Advanced Intelligent Systems》杂志上。

与人类和其他生物不同，自动驾驶汽车缺乏过滤他们不需要的信息的方法，这减慢了它们对环境变化的反应时间。这个问题叫做“数据淹没’。无人机无法充分发挥它们的飞行能力，因为它们的传感器有太多的数据需要处理，这妨碍了它们在某些情况下的安全飞行，”普渡大学机械工程副教授Andres Arrieta解释说。

圆顶覆盖的表面能够感知周围环境，这将是使无人机的翅膀只感知最必要的感官信息的一步，因为翻转圆顶只需要一定的最小的力，低于这个阈值的力会被自动过滤掉。

例如，在机翼的某些部位出现的穹顶的特定组合，可以向无人机的控制系统表明，机翼正在经历危险的压力模式。Arrieta说，其他圆顶图案可能意味着危险的温度或物体正在靠近。

无人机机翼上的圆顶阵列可以帮助它仅在必要时从周围环境中检测信息

通过感觉赋予无人机联想记忆

一个可逆穹顶可以在危险情况下给无人机机翼提供记忆线索，这似乎很奇怪，但人类和动物也使用不相关的概念来识别关系，这种学习策略被称为联想记忆。例如，当你忘记一个地方的名字时，你可能会使用一个细节，如建筑物的颜色来记住它，回忆记忆的部分版本可以让你构建该记忆更完整的版本。

Arrieta的实验室研究工程材料的形状有助于计算和处理信息的方法，他的实验室经常从蜘蛛和其他动物如何利用它们的解剖形状来感知和理解周围的世界中获得灵感。

几十年来，电子产品一直被设计成通过将黑白像素的模式编码为0或1来保存和检索图像，因为圆顶只能采用两种状态——向上或向下，这些状态就像0和1一样，为建立联想记忆创造空间模式。

（a) i) 由机械传感单元组成的神经形态超材料，具有固有的过滤、转导、机械电信号放大和记忆能力。ii) 双稳态单元将超过所需幅度阈值的机械输入转换为由圆顶稳定状态相关压阻传感器介导的电阻变化。iii) 这些特性允许实现物理 Hopfield 网络，该网络能够将几种时空模式编码为网络交互矩阵的吸引子，其突触权重存储为忆阻器的最终（当前）状态。b) 我们的神经形态超材料支持的物理 Hopfield 网络通过不断变化的分布式机械输入（例如机翼上的压力）在线训练。这允许通过在线学习和减少外部记忆来实现基板表现出类似事件相机的触觉感知，因为可以从忆阻器的最新状态中检索到几种模式，即当前的忆阻状态将加载的时间历史编码为不同的模式存储在 Hopfield 网络的连接矩阵中。

Arrieta和他的团队在研究中表明，当一定程度的力使圆顶发生翻转时，嵌入在圆顶周围超材料薄片平坦部分的传感器会探测到形状的变化，电信号会触发一个叫做忆阻器的记忆装置，记录下这个力以及在纸上检测到的位置。通过每一个倒置穹顶的实例，超材料学会记住一定程度的力在其表面产生的模式。

在实践中，无人机机翼将能够快速回忆起与危险条件相关的模式，因为这种超材料将倒置穹顶模式的所有“部分记忆”记录为这些模式共同创建的单一“完整记忆”。基于这项研究，研究人员认为，随着时间的推移，这种超材料不需要“缓冲”来回忆它储存在自身中的信息。

Arrieta说，由于这种超材料可以用现有的方法制造，这些圆顶可以很容易地覆盖像无人机机翼一样的大表面积。接下来，研究人员将测试这种材料如何根据从圆顶学到的信息对周围环境做出反应。Arrieta预计，在未来三到五年内，使用这种材料设计的无人机机翼将成为可能。

原文链接：https://techxplore.com/news/2022-10-to-go-cup-lid-drone-wing.html

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202200158