Cellular Automata Inspired Multistable Origami Metamaterials for Mechanical Learning

计算机科学 超材料 计算 细胞自动机 计算机体系结构 计算机工程 人工智能 理论计算机科学 材料科学 算法 光电子学
作者
Zuolin Liu,Hongbin Fang,Jian Xu,Kon‐Well Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (34) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/advs.202305146
摘要

Recent advances in multistable metamaterials reveal a link between structural configuration transition and Boolean logic, heralding a new generation of computationally capable intelligent materials. To enable higher-level computation, existing computational frameworks require the integration of large-scale networked logic gates, which places demanding requirements on the fabrication of materials counterparts and the propagation of signals. Inspired by cellular automata, a novel computational framework based on multistable origami metamaterials by incorporating reservoir computing is proposed, which can accomplish high-level computation tasks without the need to construct a logic gate network. This approach thus eliminates the demanding requirements for the fabrication of materials and signal propagation when constructing large-scale networks for high-level computation in conventional mechanical logic. Using the multistable stacked Miura-origami metamaterial as a validation platform, digit recognition is experimentally implemented by a single actuator. Moreover, complex tasks, such as handwriting recognition and 5-bit memory tasks, are also shown to be feasible with the new computation framework. The research represents a significant advancement in developing a new generation of intelligent materials with advanced computational capabilities. With continued research and development, these materials can have a transformative impact on a wide range of fields, from computational science to material mechano-intelligence technology and beyond.
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