Созданная из стали и пружин вычислительная система работает без электроэнергии

Новости МирТесен

В эпоху, когда технологии стремятся к миниатюризации и увеличению скорости зарядки, ученые пошли по иному пути. Специалисты из колледжа Святого Олафа и Сиракузского университета в Соединенных Штатах разработали механическую вычислительную систему, не нуждающуюся во внешнем источнике энергии. По своей сути, это компьютер, состоящий из пружин, а его «интеллект» обусловлен натяжением этих пружин и перемещением металлических элементов.

Машины, не нуждающиеся в батареях, способны решать логические задачи и выполнять вычисления благодаря физическим элементам, что представляет собой альтернативу электронным процессорам. В отличие от традиционной электроники, эти устройства используют «память», заложенную в физических материалах – например, резина может хранить информацию о степени своей деформации при растяжении или сжатии.

Идея проекта возникла из простого изучения окружающего мира. Джоуи Полсен, преподаватель физики колледжа Святого Олафа, отметил, что мы привыкли представлять память как хранилище данных, расположенное на жестком диске компьютера или в нашем мозге. Тем не менее, многие привычные материалы обладают способностью сохранять информацию о пережитом опыте. Целью исследовательской группы стало выяснение, возможно ли применение обычных материалов не только для фиксации перемещений, но и для обработки данных, то есть выполнения вычислений.

Используя физическую память, специалисты разработали три механические системы, состоящие из стальных прутьев и пружин. Эти устройства способны решать определенные вычислительные задачи: одно фиксирует количество физических нажатий, другое выступает в роли логического элемента, определяющего четность или нечетность входящих данных, а третье – это датчик, сохраняющий информацию о величине приложенной силы. Объединенные, эти механизмы показывают, что сложная обработка данных может осуществляться посредством структурных перемещений, а не электрических импульсов. По словам Полсена, теперь у исследователей появился обоснованный подход к созданию машин, способных выполнять простые вычисления без использования компьютерного чипа или внешнего источника энергии.

Несмотря на то, что это может показаться отступлением от прогресса, возможности, которые открывает такой метод, весьма перспективны. Кремниевые чипы отличаются хрупкостью: они могут расплавиться при сильной жаре, выйти из строя под воздействием радиации и разрушиться в неблагоприятных химических условиях. Механические компьютеры, в свою очередь, разрабатываются с расчетом на долговечность и способны работать в средах, которые уничтожили бы стандартное оборудование. В будущем, к примеру, возможно создание протеза конечности, который будет ощущать давление и реагировать на него без необходимости использования батарей, или датчика внутри авиационного двигателя, осуществляющего контроль износа исключительно за счет вибраций самого двигателя.

Полсен отметил, что достигнутые результаты – это важный этап в разработке материалов, способных воспринимать окружающую среду, самостоятельно принимать решения и реагировать на них. Эти материалы, нередко именуемые «умными», способны улучшить качество жизни людей, например, благодаря более чувствительным протезам или помещениям, реагирующим на прикосновения. Чтобы продвинуть эту технологию, Полсен уделяет особое внимание возможности её расширения и ограничениям механических систем. В настоящий момент студенты колледжа Святого Олафа исследуют взаимодействие и влияние нескольких роторов друг на друга, что может повлечь за собой создание более сложных сетей. Данная работа нацелена на преобразование отдельных элементов в сложные многокомпонентные устройства.

Результаты исследования были в журнале Nature Communications.