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AID:清华大学刘静 & 南京航空航天大学陈森:当存储器“变软”:从结绳记事到液态金属,柔性存储开启人机融合新路径

2026-05-30 08:24:22

当存储器“变软”：从结绳记事到液态金属，柔性存储开启人机融合新路径

Flexible Memory: Progress, Challenges, and Opportunities

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https://doi.org/10.1002/aidi.202500039

研究背景

信息存储技术贯穿人类文明发展的全过程。从结绳记事、图形文字到机械打孔系统，再到磁存储与半导体存储，信息记录方式不断演进，持续推动计算技术与信息社会的发展。然而，随着可穿戴电子、柔性传感器、软体机器人以及生物医疗系统的兴起，传统基于刚性硅基材料的存储器逐渐显现出适应性不足的问题。一方面，传统存储器结构刚性强，难以承受弯曲、拉伸等复杂形变，限制了其在柔性电子系统中的应用；另一方面，在性能层面，现有存储技术在速度、功耗及集成度方面的提升逐渐接近瓶颈，难以满足新兴智能系统对高效信息处理的需求。在这一背景下，柔性存储技术逐渐成为研究热点。通过引入柔性基底与新型功能材料（如有机聚合物、二维材料及液态金属等），柔性存储不仅能够实现基本的信息读写功能，还具备优异的机械适应能力。值得关注的是，部分新型柔性存储机制（如离子迁移、阻变行为等）在物理层面与生物神经系统具有一定相似性，使得柔性存储在类脑计算领域也展现出潜在应用价值。因此，从技术演进、材料体系及应用需求等多维度系统理解柔性存储的发展，对于推动下一代信息技术具有重要意义。

文章概述

近日，清华大学刘静教授团队联合南京航空航天大学陈森副教授在Advanced Intelligent Discovery在线发表题为“Flexible Memory: Progress, Challenges, and Opportunities”的综述论文。文章从宏观与微观两个层面系统梳理了信息存储技术的发展路径，并重点分析了柔性存储的研究进展与关键科学问题。首先，从历史演进角度出发，构建了从原始记录方式到现代电子存储的完整发展框架，指出柔性存储是信息技术在新应用需求驱动下的必然延伸。其次，从工作原理出发，将柔性存储技术进行分类：阻变存储（ReRAM）、相变存储（PCM）、光存储及磁存储等，并系统分析了各类技术的基本机制及其柔性实现路径。在材料层面，文章重点比较了多种关键材料体系，包括金属氧化物、有机与生物聚合物、液态金属及电解质溶液等，揭示了不同材料在柔性、导电性及稳定性之间的权衡关系。其中，液态金属体系因其高导电性与优异形变适应能力，被认为是实现“完全柔性存储”的重要方向。此外，文章提出了一个多物理场耦合理论模型，用于描述柔性存储器在电、热、光、磁等多场作用下的响应行为，从理论层面为器件性能优化提供了统一分析框架。最后，围绕柔性与稳定性的矛盾、制造工艺复杂性以及类脑计算融合等问题，系统总结了当前柔性存储面临的挑战与未来发展方向。

图文导读

图 1. 柔性存储器技术演进与材料体系创新关联图谱

图1从时间维度系统展示了信息存储技术的发展历程，从结绳记事、岩画与文字记录，到机械打孔系统、磁存储、半导体存储，再到新型存储技术及柔性存储应用。该图的核心价值在于揭示了一个重要趋势：信息存储技术的发展不仅体现在性能提升（如容量与速度），也体现在结构形态的持续演化，这一演进路径说明，柔性存储的出现或许并非孤立创新，而是信息技术长期发展的必然结果。

图2. 柔性存储器的宏观理论模型

如果说材料探索是“造器”，那么理论模型就是“悟道”。文中提出的多物理场耦合模型为理解柔性存储器件提供了重要理论基础。该模型综合考虑电场、热场、光场与磁场等多种外部激励对存储行为的影响，强调不同物理过程之间的协同作用。在柔性存储系统中，器件往往处于动态形变环境，其内部电输运、热扩散及材料相变行为均可能受到外部应力与多场耦合作用的影响。该理论框架的提出，有助于从统一视角理解不同类型柔性存储器的工作机制，为器件设计与性能优化提供指导。

图3. 柔性存储器面临的困难与调整

文章最后总结了柔性存储发展面临的核心挑战，主要包括以下几个方面：首先是柔性与稳定性的矛盾；其次是制造与集成难度；再次是器件可靠性与一致性问题。此外，随着类脑计算的发展，柔性存储还面临功能融合需求，即从单一存储功能向“存算一体”甚至“类脑智能”转变。

综上所述，柔性存储技术正在推动信息存储从传统刚性器件向可变形、可适应复杂环境的功能系统转变。通过材料创新与结构设计优化，柔性存储在阻变存储、相变存储、光存储及磁存储等多个方向均取得了重要进展。其中，以液态金属和液态体系为代表的新型材料，为突破传统固态存储在形变适应性方面的限制提供了新的思路，展现出实现高柔性与高性能兼顾的潜力。同时，多物理场耦合理论的提出，也为理解和优化柔性存储器件提供了重要理论支撑。尽管如此，柔性存储仍处于发展阶段，在材料稳定性、器件可靠性及规模化制造等方面仍需进一步突破。未来，通过材料体系优化、多场耦合调控及与类脑计算的深度融合，柔性存储有望在可穿戴电子、软体机器人及智能医疗等领域发挥关键作用，成为下一代信息技术的重要支撑。

从远古结绳记事的“柔韧”，到如今液态金属存储器的“灵动”，人类对信息的掌控能力经历了一个螺旋式上升。让机器适应人，而非让人适应机器，这条信息技术的柔性化之路，正从科幻走向现实。