隨著李世石和柯潔在與谷歌AlphaGo的世紀(jì)之戰(zhàn)中敗下陣來(lái)，波士頓動(dòng)力機(jī)器人Atlas的驚天一跳，人類(lèi)自己一手打造的人工智能正一步步完成對(duì)自己的超越。過(guò)去20年間，人工智能從未停下發(fā)展的腳步，人們?cè)诳纱┐?、可植入傳感器和人體仿真等領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著進(jìn)步，而支撐這些人工智能發(fā)展的背后有著材料、生物、電子等諸多領(lǐng)域的身影。
其中材料是構(gòu)成傳感器的核心部分，可以為人工智能提供關(guān)鍵性基礎(chǔ)器件。新材料的快速發(fā)展，特別是柔性材料技術(shù)與柔性結(jié)構(gòu)傳感技術(shù)的發(fā)展，例如柔性電路、筆狀可卷曲顯示器和柔性壓力監(jiān)測(cè)鞋墊等的出現(xiàn)，大大提高了人工智能在人類(lèi)生活中的應(yīng)用。下面簡(jiǎn)單介紹幾種新材料在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用。
智能隱形眼鏡
2014年，Google通過(guò)在類(lèi)似塑料薄膜的柔性材料內(nèi)部嵌入微型無(wú)線(xiàn)芯片和小型化的葡萄糖傳感器，研發(fā)出了一款智能隱形眼鏡用以幫助糖尿病患者更準(zhǔn)確地檢測(cè)血糖，為患者提供了一種簡(jiǎn)單方便、無(wú)痛的診斷和監(jiān)護(hù)方式。2018年1月，韓國(guó)蔚山科技大學(xué)Jihun Park等在Science Advances報(bào)道了一種軟性、可彎曲的智能隱形眼鏡，該隱形眼鏡通過(guò)石墨烯-葡萄糖酶?jìng)鞲衅鲗?duì)血糖濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)顯示部分（天線(xiàn)、整流器和LED顯示）對(duì)變化中的血糖濃度做出反應(yīng)。當(dāng)血糖濃度過(guò)高時(shí)，通過(guò)關(guān)閉一個(gè)微小的嵌入式LED燈來(lái)給戴隱形鏡者發(fā)出警示，消除了額外檢測(cè)設(shè)備的需求。
仿真皮膚
隨著健康監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互的需求增加，高靈敏、多功能人造皮膚模擬人體皮膚的傳感特性受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前，電子皮膚大多是在柔性或彈性基底上制作具備探測(cè)壓力、溫度或其他刺激的傳感器及陣列，通過(guò)感知周?chē)h(huán)境中的多種物理、化學(xué)、生物等信號(hào)，形成有助于人機(jī)接口、智能機(jī)器人、仿生假肢等的智能化系統(tǒng)。2018年1月中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所潘曹峰研究員、王中林院士等在Nature Communications報(bào)道了一種柔性可拉伸擴(kuò)展的多功能集成傳感器陣列，成功地將電子皮膚的探測(cè)能力擴(kuò)展到7種，實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度、紫外光、磁、應(yīng)變、壓力和接近等多種外界刺激的實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)。
電子鼻——氣體傳感器
電子鼻是通過(guò)模擬人類(lèi)的嗅覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)氣體傳感器能在較低濃度下，連續(xù)、快速靈敏、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)有毒有害氣體，在環(huán)境監(jiān)控、食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近期，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系鄧勇輝教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Functional Materials報(bào)道了一步法直接共組裝合成出一系列孔道高度連通、骨架高度晶化、鉑納米顆粒均勻負(fù)載的介孔WO3/Pt復(fù)合材料，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和組分使其在較低的工作溫度下（125 oC）對(duì)100ppm的CO具有高靈敏度響應(yīng)（Rair/Rgas = 10），超快的響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間（16 s/1 s）以及高度的選擇性，明顯優(yōu)于無(wú)孔材料以及商業(yè)化的可燃?xì)怏w傳感器。
仿真肌肉
仿人機(jī)器人因?yàn)榫哂蓄?lèi)人的雙足行走功能而具有很廣闊的發(fā)展前景，但是目前的仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)仍然存在著柔性不足等缺點(diǎn)。2017年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)工程師通過(guò)在硅橡膠材料中引入微泡，并在微泡結(jié)構(gòu)中加入乙醇的方式，研制出了一種可以用于人形機(jī)器人的合成肌肉。這種人造肌肉使用一根細(xì)電線(xiàn)和8 V低壓電進(jìn)行電刺激，讓其升溫到80 oC時(shí)，體積能夠膨脹900%，使得低密度的硅橡膠滿(mǎn)足了應(yīng)力和應(yīng)變的高要求。這種將材料的彈性特性和極端體積變化屬性組合在一起的人造肌肉，通過(guò)計(jì)算機(jī)操控，幾乎能夠執(zhí)行所有設(shè)計(jì)的動(dòng)作任務(wù)。
柔性智能驅(qū)動(dòng)
柔性智能驅(qū)動(dòng)器是指將光、電、熱、濕度等外部能量直接轉(zhuǎn)化為器件本身的機(jī)械變形，包括彎曲、扭曲在內(nèi)的多種變形形式，而無(wú)需通過(guò)繁瑣的能量轉(zhuǎn)化裝置。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、快速大變形、多刺激源響應(yīng)以及能對(duì)飛行、跳躍等復(fù)雜生物運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬的柔性驅(qū)動(dòng)器的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。2017年，合肥工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究人員合作，采用碳納米管制備了一種具有卷曲形狀的驅(qū)動(dòng)器。在不同的電壓刺激下，驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)從管狀到平直形狀的快速大變形，并可恢復(fù)到原始卷曲形狀。這種新型柔性智能驅(qū)動(dòng)器，不僅能模擬人類(lèi)“彈指”的手部動(dòng)作，還可以實(shí)現(xiàn)“跳躍+翻滾”運(yùn)動(dòng)，跳躍高度可達(dá)自身高度的5倍以上。
