灵感来自脊柱的可调硬度材料，用于可视化机械信息处理

在极端环境中，传统的电子信息系统可能失效，因此科学家们正在探索用机械系统来处理和存储信息的新方法。本文介绍了一种受人体脊柱结构启发的新型智能材料——可重编程刚度的磁流变超材料（SRMM），它能够在不依赖电力的情况下实现信息的编码、存储、读取甚至逻辑运算。这种材料的核心设计灵感来自脊柱的力学特性：脊柱可以在不同方向弯曲时表现出不同的刚度，研究人员模仿这一特点，在材料中设计了带有微小间隙的“磁流变脊梁”结构。当受到磁场控制时，这些结构可以在“硬”（高刚度）和“软”（接近零刚度）两种状态之间快速切换，刚度变化高达40倍。每个这样的单元就像一个机械“开关”，可以代表一个信息比特（0或1）。通过将多个这样的单元并联排列成阵列，研究人员实现了最多10比特的信息存储能力，显著提高了信息密度。与以往依赖结构形变来编码信息的材料不同，这种基于刚度变化的方法更容易实现反复擦写和稳定保存。为了让人们能“看见”这些机械信息，研究团队还将力致发光材料集成到系统中。当材料处于“硬”状态时，外力会传递到发光层，产生明亮的光点；而在“软”状态时则几乎不发光。这样，不同的刚度组合就会形成不同的光斑图案，例如字母“U”、“S”、“T”、“C”或一颗星星，实现了信息的可视化读取。此外，该系统还能执行基本的逻辑运算，如“与”（AND）、“或”（OR）等，类似于计算机中的逻辑门，为未来开发纯机械计算设备提供了可能。这项技术有望应用于高温、强辐射等极端环境下的信息处理，如航空航天、深海探测等领域，即使在断电或电磁干扰严重的情况下也能稳定工作。虽然目前还处于实验室阶段，但随着3D打印等制造技术的进步，未来有望实现更小尺寸、更高容量的机械信息处理器。