Skupina ameriških raziskovalcev je uspešno demonstrirala delovanje mehanskega računalnika, ki za izvajanje osnovnih logičnih operacij ne potrebuje niti električne energije niti sodobnih silicijevih mikročipov. Inovativni sistem, ki se zanaša izključno na shranjeno mehansko energijo ter fizično premikanje vzmeti in jeklenih palic, predstavlja pomemben korak k razvoju materialov s sposobnostjo avtonomnega »odločanja« v okoljih, kjer je uporaba klasične elektronike nemogoča, so sporočili izumitelji.
Študija, ki so jo v začetku meseca objavili znanstveniki s Kolidža St. Olaf in Univerze v Syracusi v ugledni znanstveni reviji Nature Communications, se vrača k samim koreninam računalništva, preden je svet prevzela elektrika. Medtem ko so zgodnji mehanski računalniki, kot je bil Babbageev analitični stroj, zahtevali kompleksna kolesja in ročno vrtenje, novodobni prototip izkorišča tako imenovano fizikalno bistabilnost.
Sistem shranjuje in obdeluje podatke s preskakovanjem med različnimi stabilnimi fizičnimi stanji, kar strukturno posnema delovanje binarnega sistema – vklopa in izklopa, na katerem temeljijo današnji elektronski tranzistorji. Ko na jekleno palico deluje zunanja sila, se ta premakne, vzmet pa se raztegne in zaskoči v novo, stabilno lego, kjer ostane do naslednjega fizičnega dražljaja.
Trije mehanski sklopi
Raziskovalna ekipa je iz teh preprostih elementov sestavila tri ločene mehanske sklope. Prvi deluje kot števec fizičnih potegov, drugi prevzema vlogo logičnih vrat za razlikovanje med sodimi in lihimi vnosi, tretji pa beleži in shranjuje intenzivnost uporabljene sile. Ti procesi nedvoumno dokazujejo, da je osnovno računanje mogoče doseči izključno s strukturnimi premiki.
»Ljudje spomin običajno povezujemo z računalniškimi trdimi diski ali pa z lastnimi možgani,« je pojasnil Joey Paulsen, izredni profesor fizike na Kolidžu St. Olaf in soavtor raziskave. Poudaril je, da imajo tudi številni vsakdanji materiali sposobnost pomnjenja preteklih stanj. Guma si denimo »zapomni« obseg preteklih deformacij. »Naš cilj je bil ugotoviti, ali lahko to lastnost materialov uporabimo ne le za beleženje premikov, temveč za dejansko obdelavo informacij,« je dodal.
Znanstveniki opozarjajo, da izum ni zasnovan kot konkurenca ali zamenjava za sodobne superračunalnike in pametne telefone, saj so njegove zmogljivosti trenutno omejene na zelo osnovne naloge. Gre predvsem za uspešen dokaz koncepta, ki pa ponuja izjemne rešitve za specifične industrijske in znanstvene izzive.
Nujne meritve
V okoljih z ekstremnimi temperaturami, močno povišano stopnjo sevanja ali v visokokorozivnih pogojih – kot so na primer globokomorski jarki, reaktorji ali vesoljske sonde – tradicionalni polprevodniki hitro odpovejo. Mehanski računski sistemi iz odpornih zlitin bi na teh območjih lahko nemoteno delovali in izvajali nujne meritve in analize.
Poleg uporabe v ekstremnih pogojih znanstveniki vidijo prihodnost tehnologije v neposredni integraciji v pametne materiale. Namesto ločenih procesnih enot bi lahko celotne strukture same obdelovale informacije, kar bi omogočilo razvoj odzivnejših umetnih udov in naprednih taktilnih vmesnikov, ki se fizično prilagajajo svoji okolici v realnem času.
