普通胶带具备多级机械记忆功能可存储信息序列

材料能够记录其经历的历史状态，正如纸张折叠后留下的折痕是“曾折叠”的记忆一样，这种记忆可以被读取并用于多种用途。在日常生活中，组合锁必须记住拨盘的转动顺序才能打开，而特种材料的记忆特性则被用于提升飞机安全性、提高电子器件效率以及增强桥梁的韧性。近日，美国宾夕法尼亚州立大学研究人员证明，普通压敏胶带具备一种特殊的材料记忆能力，能够存储一系列可调节强度的记忆序列，甚至可以在擦除旧记忆后写入新信息。

相关研究成果已发表在《新物理学杂志》上。该研究团队负责人、宾夕法尼亚州立大学埃伯利理学院物理学副教授内森·凯姆指出，许多材料或系统具有“回点记忆”特性，使其能够记住一系列事件。常见的例子是组合锁，它必须记住拨盘转动的序列才能开启。

单向输入下的记忆存储机制

凯姆解释说，传统的回点记忆通常依赖于导致变形的交替输入。例如，组合锁的拨盘首先顺时针转到特定数字，然后必须逆时针转回零位以形成下一个记忆。回点记忆的定义特征是，如果在任何时刻反转步骤，系统都会回到之前的状态。然而，研究团队希望找到一种无需交替输入即可记住一系列事件的系统。“在传统组合锁中，如果第一次转动后回到零位再次顺时针转动，记忆就会丢失。”凯姆说道。

为此，研究人员致力于开发一种在不丢失先前记忆的情况下添加记忆的方法。他们发现，在普通胶带中可以通过单向输入存储多个记忆的序列。更令人惊讶的是，这些记忆的强度是可调节的，意味着可以调整记忆的强弱，并且可以擦除以重置系统。团队构建了一台自动化设备，该设备可以将胶带轻轻放置在表面上后，将其剥离到指定距离，然后再将胶带放回去。

论文第一作者、物理学博士后学者塞班蒂·查托帕德亚伊表示：“普通胶带是压敏的，你按得越用力，它粘得越牢。我们发现，部分剥离胶带会在停止点形成一条强粘附线，当胶带重新放下时这条线会保留下来。通过连续更短距离地剥离胶带，可以多次重复此过程，从而建立多条线或记忆。”

机械计算与无电器件潜力

该团队设备配备了测量剥离胶带所需力的仪器。读取记忆的方法是让胶带越过这些线条，这会导致在每条线处剥离所需的力出现峰值。查托帕德亚伊指出：“越过线条剥离会擦除它们并重置系统。但我们也可以调节记忆的强度，使它们需要不同的力量才能越过，这意味着每条线可以代表不同的信息。我们甚至可以让某些记忆强到在系统重置后仍然存在。”

研究人员解释，向上剥离胶带会增加停止点的压力，从而形成线条。“当我们剥离并握住胶带再将其放回去时，粘附线会变得更坚固，这使我们能够控制记忆的强度。”一个重要的方面是，Zui后形成的记忆总是Zui先被读取的。凯姆表示：“这一事实允许进行简单的机械计算。这类似于神经科学中用于工作记忆的测试，称为‘后一比较’。受试者被呈现一系列刺激，必须将每个刺激与前一个刺激进行比较。因为胶带中Zui后形成的记忆总是在剥离时首先遇到的，所以我们总是可以将一个记忆与其直接 preceding 的记忆进行比较。”

研究人员认为，了解这些不同类型的材料记忆可能导致能够执行简单机械计算的装置。凯姆表示：“长期以来，人们一直有兴趣开发不需要电力且不像电子计算机那样容易受到攻击的装置。我们不指望这些装置是用胶带制成的，但我们受驱使去理解材料形成各种记忆背后的基础科学，以及它们如何应用于未来的系统。随着这种理解的加深，我们可能会找到目前无法想象的使用方式。”

除了凯姆和查托帕德亚伊，研究团队还包括迪金森学院的本科生卡里斯·切斯-梅奥拉尔，她是宾夕法尼亚州立大学物理学系本科生可持续物理研究经验计划的一部分。切斯-梅奥拉尔在今年三月于丹佛举行的美国物理学会全球物理峰会上，凭借此项工作获得了软物质物理分会的海报奖。该研究由人类前沿科学计划资助，切斯-梅奥拉尔得到了美国国家科学基金会的支持。

这一发现揭示了日常材料中潜藏的复杂物理机制，为开发无需电力、抗干扰的机械存储和计算元件提供了新的思路。对于中国制造业而言，虽然胶带看似简单，但其微观力学行为的研究可能启发新型柔性电子器件或智能包装材料的创新，特别是在需要低功耗、高可靠性的特殊应用场景中，这种基于材料本征特性的记忆功能具有独特的应用价值。