Исследователи создали механический компьютер, вдохновлённый киригами – японским искусством складывания и вырезания бумаги.
Демонстрационный образец компьютера, который не содержит электронных компонентов, состоит из 64 взаимосвязанных полимерных кубов размером 0,06 кубических дюймов (1 кубический сантиметр), которые можно перестраивать для хранения, извлечения и удаления данных. Подобно киригами, где бумага разрезается и складывается в замысловатые узоры, этот компьютер может физически изменяться в различные конфигурации и состояния.
В этой машине каждый куб представляет собой бит двоичных данных, которые можно перемещать вверх или вниз, чтобы представить 1 или 0 соответственно. Перестановка кубов меняет конфигурацию компьютера, позволяя хранить или представлять информацию в физической форме.
Учёные заявили, что эта концепция может быть использована для создания физических систем шифрования и дешифрования, а также для разработки сенсорных систем для 3D-сред.
«Например, определённая конфигурация функциональных единиц может служить в качестве 3D-пароля, — сказал в своём заявлении ведущий автор исследования Янбин Ли (Yanbin Li), постдокторант Колледжа инженерии Университета штата Северная Каролина. — Нас также интересует изучение потенциальной полезности этих метаструктур для создания тактильных систем, отображающих информацию в трёхмерном контексте, а не в виде пикселей на экране.»
Учёные опубликовали своё исследование 26 июня в журнале Science Advances.
Механические компьютеры появились много веков назад — возможно, ещё во втором веке до нашей эры — задолго до изобретения алгоритмов и языков программирования в их современном виде. В отличие от новой концепции, вдохновлённой киригами, те машины управлялись с помощью шестерёнок и рычагов, что делало их чрезвычайно громоздкими.
В новом компьютере изменение положения одного куба изменяет положение всех связанных кубов, изменяя конфигурацию компьютера в соответствии с различными вычислительными состояниями.
«При использовании двоичной структуры, в которой кубы располагаются либо вверху, либо внизу, простая метаструктура из 9 функциональных блоков имеет более 362 тысяч возможных конфигураций», — сказал Ли.
Редактирование данных контролируется путём натяжения краёв метаструктуры, что растягивает эластичную ленту и поднимает или опускает куб. Когда лента высвобождается, она фиксирует кубы и данные на месте. Кубы также могут быть подняты или опущены дистанционно, соединив магнитную пластину к компьютеру и применив магнитное поле.
Исследователи заявили, что эта система может позволить более сложные вычисления, выходящие за рамки двоичного кода, с кубами, способными занимать состояния не только 1 или 0, но и 2, 3 и 4.
«Каждую функциональную единицу из 64 кубов можно настроить в разнообразные архитектуры, с кубами, уложенными в высоту до пяти кубов, — сказал в своём заявлении соавтор исследования Цзе Инь (Jie Yin), доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии Университета штата Северная Каролина. — Это позволяет развивать вычисления, которые выходят далеко за рамки двоичного кода.»
Далее для разработки кода для компьютера исследователи надеются сотрудничать с программистами.
«Наша работа по проверке концепции демонстрирует потенциальный диапазон этих архитектур, но мы не разработали код, который бы извлекал выгоду из этих архитектур, — сказал Ли. — Мы не прочь поработать с другими исследователями для изучения потенциала кодирования этих метаструктур.»
