Исследователи используют «умные» резиновые конструкции для выполнения вычислительных задач

Важные новости

Исследователи используют «умную» резину структуры для выполнения вычислительных задач

Гистероны и лавины. (А) Бистабильные области, встроенные в материал, действуют как взаимодействующие гистероны. (Б) Экспериментальная реализация одного гистерона. (C) Экспериментальная кривая сила-смещение. (D) Кривая сила-смещение билинейного гистерона. (E) Эксперимент, показывающий три последовательно соединенных механических гистерона, которые подвергаются лавинному воздействию. (F) Последовательно соединенные механические гистероны удовлетворяют балансу сил и ограничению геометрической длины. Фото: Труды Национальной академии наук (2024 г.). DOI: 10.1073/pnas.2308414121

Без электроники, выполняющей вычислительные задачи, наша повседневная жизнь выглядела бы совсем иначе. Такие устройства, как лифты, торговые автоматы, турникеты, стиральные машины и даже светофоры, используют простую форму электронных вычислений для переключения из состояния в состояние. Но что, если для работы этих устройств нет источника питания?

Исследовательская группа под руководством Мартина ван Хеке из Лейденского университета и AMOLF продемонстрировала, как умные резиновые конструкции могут выполнять такие вычислительные задачи. «Теперь мы знаем, как создавать простые материалы, чтобы они могли обрабатывать информацию».

Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences 20 мая.

<р>В электронике цифровые биты используются для выполнения вычислений, включающих сложные схемы, состоящие из множества элементов. Исследователи нашли альтернативную стратегию вычислений, используя тонкие резиновые элементы в качестве механических битов и собирая несколько битов вместе в «метаматериал». Но чтобы заставить эти материалы работать как машины, они обнаружили, что ключом является контроль взаимодействия между этими отдельными битами.

Двоичный счетчик

В качестве первого примера исследовательская группа создала резиновый компьютер, который может действовать как двухбитный двоичный счетчик, как показано в прилагаемом фильме, при этом растягивание метаматериала заставляет его считать от «00» до «11» и обратно до «». 00″, отпустив его.

Команда использует предварительно изогнутые резиновые балки в качестве механических элементов, опосредующих взаимодействие, соединяя их. Таким образом, информация может храниться и обрабатываться. Счет является важным примером простого так называемого конечного автомата, и это резиновое устройство можно использовать, например, для управления движением ног простого робота.

Турникеты и кодовые замки

«Значительный экспериментальный прорыв произошел в последний месяц перед моим вернуться в Китай во время пандемии», — говорит исследователь Цзингрань Лю, который в то время был приглашенным доктором философии. студент Лейденского университета и AMOLF, сейчас работает постдоком в Мадриде. «Мы внезапно поняли, как спроектировать более сложную трехбитную систему, и за несколько дней сделали четыре рабочих образца».

Исследователи быстро поняли, что такие трехбитные метаматериалы гораздо мощнее двухбитных предшественников. «В зависимости от того, как манипулируют этими образцами, они могут выполнять семнадцать различных простых вычислений», — объясняет постдок AMOLF Лишуай Цзинь.

Например, метаматериалы могут воспроизвести функциональность турникета. «Турникет управляет входом с помощью вращающихся рычагов — блокируя и разблокируя его в ответ на вставку монет и толчок клиентов. Наши метаматериалы могут имитировать этот механизм посредством определенной последовательности состояний и управляющих импульсов», — говорит Джин. Более того, резиновый компьютер также можно использовать для кодового замка или торгового автомата и многого другого.

«Наша работа показывает, что сложные вычисления могут выполняться с помощью интеллектуальных метаматериалов способом, который полностью отличается от традиционные вычисления», — говорит Лю. «Что мне очень интересно, так это то, что наши принципы не ограничиваются механикой. Более того, сложные эффекты памяти, которые важны в физике, но сложны для изучения, теперь могут быть использованы для чего-то чрезвычайно полезного: эффективных вычислений».

< p>

Дополнительная информация: Цзингрань Лю и др., Контролируемые пути и последовательная обработка информации в последовательно связанных механических гистеронах, Труды Национальной академии наук ( 2024). DOI: 10.1073/pnas.2308414121

Информация журнала: Труды Национальной академии наук Предоставлено Лейденским университетом

Новости сегодня

Последние новости