液體RAM在可穿戴設(shè)備、機(jī)器人和植入物領(lǐng)域展現(xiàn)出其強(qiáng)大的性能，可能還會(huì)推出非揮發(fā)性版本。

液體RAM在可穿戴設(shè)備、機(jī)器人和植入物領(lǐng)域展現(xiàn)出其強(qiáng)大的性能，可能還會(huì)推出非揮發(fā)性版本。來自中國清華大學(xué)的研究人員從生物模仿的長期傳統(tǒng)中汲取靈感，開發(fā)出了一種可以經(jīng)受幾乎任何變形的終極柔性存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器被稱為FlexRAM，是一種全柔性的阻性隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器設(shè)備，采用了液體金屬的方法。

在《先進(jìn)材料》雜志上描述的研究中，研究人員使用基于鎵的液體金屬實(shí)現(xiàn)了FlexRAM的數(shù)據(jù)寫入和讀取過程。這種基于鎵的液體金屬（GLM）滴在溶液環(huán)境中經(jīng)歷氧化和還原機(jī)制，模擬神經(jīng)元的超極化和去極化，體現(xiàn)了生物模仿的例子。

“這一突破從根本上改變了對柔性存儲(chǔ)器的傳統(tǒng)認(rèn)識，為未來軟智能機(jī)器人、腦機(jī)接口系統(tǒng)以及可穿戴/植入式電子設(shè)備提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑?！? —清華大學(xué)的劉靜

這些正負(fù)偏壓電壓定義了信息的寫入，“1”和“0”分別對應(yīng)。當(dāng)施加低電壓時(shí)，液體金屬被氧化，對應(yīng)于“1”的高電阻狀態(tài)。通過反轉(zhuǎn)電壓極性，將金屬恢復(fù)到初始的低電阻狀態(tài)，“0”。這種可逆的切換過程允許數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和擦除。

為展示FlexRAM的讀寫能力，研究人員將其整合到軟件和硬件設(shè)置中。通過計(jì)算機(jī)命令，他們將一串字母和數(shù)字編碼成0和1的形式，并存儲(chǔ)在八個(gè)FlexRAM存儲(chǔ)單元的數(shù)組中，相當(dāng)于一字節(jié)的數(shù)據(jù)信息。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制轉(zhuǎn)換為模擬信號，以精確控制液體金屬的氧化和還原。

FlexRAM的讀寫能力的照片，揭示了其心臟部分的基于鎵的液體金屬的氧化和還原狀態(tài)。清華大學(xué)劉靜/圖片來源

根據(jù)清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的教授劉靜的說法，目前的原型是一種揮發(fā)性存儲(chǔ)器。但劉靜認(rèn)為，該存儲(chǔ)器原理允許將設(shè)備發(fā)展成不同形式的存儲(chǔ)器。

這種觀點(diǎn)得到了支持，因?yàn)榧词乖陉P(guān)機(jī)時(shí)，F(xiàn)lexRAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)仍然保持。在低氧或無氧環(huán)境中，F(xiàn)lexRAM可以保持?jǐn)?shù)據(jù)長達(dá)43,200秒（12小時(shí)）。它還表現(xiàn)出可重復(fù)使用的特點(diǎn)，在操作的3,500個(gè)周期中保持穩(wěn)定性能。

“這一突破從根本上改變了對柔性存儲(chǔ)器的傳統(tǒng)認(rèn)識，為未來軟智能機(jī)器人、腦機(jī)接口系統(tǒng)以及可穿戴/植入式電子設(shè)備提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。”劉靜說。

GLM滴在Ecoflex中封裝，這是一種可伸縮的生物聚合物。研究人員使用3D打印機(jī)打印了Ecoflex模具，并將基于鎵的液體金屬滴和聚乙烯醇醋酸酯水凝膠的溶液分別注入模具的腔體中。水凝膠不僅可以防止溶液泄漏，還可以增強(qiáng)器件的機(jī)械性能，提高其電阻比。

在目前的原型中，8個(gè)FlexRAM單元的陣列可以存儲(chǔ)一字節(jié)的信息。

在這個(gè)概念演示階段，毫米級分辨率的成型足以演示其工作原理，劉靜指出。

“這些FlexRAM設(shè)備的可想象的尺寸范圍可以很廣泛，”劉靜說?！袄纾總€(gè)液滴存儲(chǔ)元件的尺寸可以從毫米到納米尺度的液滴。有趣的是，正如本研究所揭示的，液滴尺寸越小，存儲(chǔ)器響應(yīng)就越靈敏。”

這項(xiàng)開創(chuàng)性的工作為實(shí)現(xiàn)類似大腦電路的設(shè)備鋪平了道路，與十多年前IBM的Stuart Parkin等研究人員提出的概念相一致?！癋lexRAM可以被整合到整個(gè)基于液體的計(jì)算系統(tǒng)中，充當(dāng)邏輯設(shè)備，”劉靜設(shè)想。

隨著研究人員和工程師繼續(xù)解決挑戰(zhàn)并改進(jìn)技術(shù)，F(xiàn)lexRAM在軟體機(jī)器人、腦機(jī)接口系統(tǒng)以及可穿戴/植入式電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用可能是巨大的。