近日，汕头大学智能制造技术教育部重点实验室杨楠教授团队的研究成果《3D-printed chiral-based systems with reprogrammable stiffness for mechanical logics via inter-unit interactions》在中国科学院一区期刊Virtual and Physical Prototyping发表，该研究在机械计算领域取得新突破，更值得一提的是，2023级卓越工程师班本科生罗嘉鸿和硕士生蓝宇明深度参与了此次研究的核心环节，成为科研创新的积极力量。

机械计算可弥补半电子数字逻辑在恶劣环境中的应用短板，而可重编程器件是实现计算规则灵活调整的关键。杨楠教授团队聚焦手性超材料的压扭耦合特性，提出了基于手性结构的机械逻辑计算新方法，设计出具有连续可调刚度的3D打印手性基系统，通过单元间的相互作用实现数字信息处理，将手性单元作为电开关，响应环境刺激完成逻辑运算。

团队设计了双层手性结构单元，通过激光粉末床熔融技术完成3D打印制备，结合有限元分析与实验验证，探明了几何参数对手性单元扭转角度、刚度的调控规律。研究发现，通过改变单元间垂直面板的重叠距离，可实现系统刚度的重编程调控；将不同手性单元合理组合，成功构建出缓冲器、非门等基础单元，并进一步集成实现与、或、异或等全部六种基本逻辑门，最终搭建出半加器组合逻辑系统，完成二进制加法运算，验证了该方法在复杂机械逻辑计算中的可行性。

此次研究中，杨楠高度重视本科生科研能力的培养，为本科生搭建了高水平的科研实践平台。本科生团队深度参与了模型构建、实验测试、仿真分析等核心工作，在杨楠的悉心指导下，从科研思路梳理、实验方案设计到数据处理与分析，全程沉浸式体验科研过程。团队通过一对一指导、小组研讨等方式，引导本科生突破知识壁垒，培养科学思维与创新能力，让本科生在前沿科研实践中提升专业素养，真正实现了教学与科研的深度融合。同时，本工作和工学院魏华贤老师、广东以色列理工学院Damiano Padovani教授合作完成。

该研究成果拓展了集成机械系统的设计空间，为机械计算的发展提供了新方案，其研发的机械逻辑系统在极端温度、强振动、高辐射等半导体器件难以适应的恶劣环境中具有广阔应用前景。杨楠教授团队此次带领本科生取得高水平科研成果，是学校深化创新创业教育、培养高素质应用型人才的生动实践，也为高校本科生参与前沿科研探索提供了宝贵经验。

来源：工学院