超级计算已离生活很近突破40年技术瓶颈新型人工肌肉材料研发成功李威

超级计算已离生活很近，突破40年技术瓶颈 新型人工肌肉材料研发成功

2019世界计算机大会近日在“银河”“天河”超算之乡湖南长沙举行，来自全球的计算机“大咖”共话计算机技术和产业的未来。

每秒钟的运算能力为十亿亿次、百亿亿次的超级计算机，看起来离人们的日常生活很遥远。而实际上，超算在“算天”“算地”“算人”上通过持续服务于航空航天、气象预报、宇宙演化模拟、抗震分析等科研创新，已全面融入我们生活的方方面面

完成500人规模的全基因组信息关联性分析，利用原有计算机需1年时间，利用“天河二号”只需3个小时；研制一架大飞机，过去需高成本耗费两年时间来做全机风动试验，而利用超级计算机模拟仿真，6天就完成相关工作……

“随着应用体系的不断开发与完善，超级计算机在支撑国家科技创新、服务国家创新驱动和地方产业发展等方面发挥着越来越重要的作用，目前已经在大气海洋环境、数值风洞、医学信息、基因组学、药学、电磁学、天文学等领域取得了一系列大规模并行计算的创新成果。”国防科技大学计算机学院研究员李琼细数超级计算机的“本领”。

近年来，大数据、云计算和人工智能等科技理念风起云涌，而这些科技的应用，都离不开强大的计算能力。基于和超级计算的深度融合，一系列衍生的应用开始走进人们的日常生活。

比如，超算平台开发的精细数值天气预报系统，能准确预测未来15天以上气象变化情况。每12分钟实时刷新未来6小时的气象变化数据，让灾害性天气的备灾时间大幅增加，减少灾害带来的损失；

自动驾驶出租车将出现在长沙街头，5G+云计算能实时监控交通现场厘米级运行轨迹，5G高速公路绕城而过，人工智能旅行师帮你制订行程；

基于国家超级计算长沙中心的大数据，骨质疏松人工智能筛查机器人“大脑 ”中，涵盖了200余种骨质疏松风险体征的问题库，可精确“问诊”骨质疏松症，3至5分钟内就可提供个性化诊疗报告，准确率超过90%……

国家超级计算长沙中心副主任彭绍亮说，通过对海量的医疗健康大数据进行数据治理和隐私保护，现在已研发出ICU临床终点预测机器人，“可以根据患者的病史来预测患者是否会患某疾病、是否会死亡、住院时长以及是否会再入院等临床事件。”

“可以说，超算已日渐渗透到了计算‘天地人’的方方面面，成为解决世界难题的‘超强大脑’。”彭绍亮说。

截至目前，我国先后在天津、长沙、广州等地建成6家国家级超算中心，为创新驱动发展提供了新动能。“天河一号”超级计算机已应用10年，是世界上连续稳定运行时间最长的超级计算机之一。每天服务8000多个科研计算任务，“天河一号”已累计支持国家科技重大专项和研发计划等超过1600项，为石油资源开发、装备制造、生物医药等行业企业累计带来经济效益近百亿元。

“在计算能力快速提升、算法不断演进以及大数据迅猛增长的支撑下，智能化已进入了快速发展的应用时期，将深刻改变人类社会生活，改变世界，开启一个新的智能时代。”工业和信息化部电子信息司司长乔跃山说。

人工肌肉是一种新型智能形状记忆材料，它能够通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀。目前，常用的人工肌肉材料有压电陶瓷、形状记忆合金、电活性聚合物等。近日，记者从东南大学获悉，该校化学化工学院杨洪教授课题组研制出了一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料，其具有超强的力学性能，突破了40年来的研究瓶颈，在人造肌肉等领域有广泛的应用前景。该研究成果于近日发表在国际期刊《美国化学会志》杂志上。

液晶弹性体是一种典型的双向形状记忆材料，具有形变大、形变可逆等技术优点，在仿生器件、软机器人等领域有很好的应用前景。然而，经过长达40年的发展，液晶弹性体研究仍停留在实验室层面，未实现工业化应用。

杨洪介绍，液晶弹性体40年前就研发出来了，20年前，人们认识到它可以作为人工肌肉的优质材料使用。“液晶弹性体作为最好的双向形状记忆材料，形变量大，可以从100厘米压缩到20厘米，形变速度也快，这比压电陶瓷等材料更有优势。”

但限制其应用的关键科学问题是，液晶弹性体在形变过程中产生的应力太小，无法满足实际应用场景的力学性能需求。杨洪说：“影响应力大小的一个很重要的指数是弹性模量的大小，目前国内外研究的液晶弹性体的形变弹性模量只有一点几兆帕，如果想用作人工肌肉使用，至少要到10兆帕。”

杨洪教授科研团队另辟蹊径，采用将聚氨酯液晶弹性体和聚丙烯酸酯液晶热固体的小分子前体组分混合，再同步交联的技术途径，制备了一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料，其收缩应变、应力、弹性模量分别达到了46%、 2.53兆帕、10.4兆帕，首次全面满足了液晶弹性体基人造肌肉的力学性能要求，突破了该领域的技术瓶颈。

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