Ученые создали гибкий материал, который выполняет вычисления как компьютер
Ученые из Института атомной и молекулярной физики (AMOLF) в Нидерландах разработали новый мягкий и гибкий материал, способный выполнять сложные вычисления, аналогичные матричному умножению в компьютерах. В отличие от традиционной жесткой электроники, это упругий метаматериал использует так называемые «вободные моды» — движения, требующие почти нулевых затрат энергии, — для проведения вычислений.
Материал представляет собой резиновую пластину, разрезанную на повторяющийся узор из небольших ячеек. Входные данные подаются в виде горизонтальных или вертикальных смещений на краях пластины, а результаты вычислений проявляются в виде перемещений на других краях, что соответствует результату умножения матрицы на вектор. Конфигурация балок внутри каждой ячейки задает весовые коэффициенты матрицы, которые могут быть как положительными, так и отрицательными. Конструкция ограничивает движение двумя вободными модами, которые комбинируются для получения необходимого преобразования.
Исследователи подчеркивают, что, тщательно проектируя повторяющиеся элементы, можно управлять этими деформациями для выполнения различных расчетов. Более того, весовые коэффициенты можно перенастраивать после изготовления материала с помощью механизмов переменной жесткости, позволяя некоторым элементам матрицы переключаться между положительными, отрицательными и нулевыми значениями.
Команда уже протестировала прототип, вырезанный из резины толщиной 6 миллиметров. Результаты показали, что отдельные ячейки следуют ожидаемому линейному преобразованию с погрешностью около 20% для малых входных данных. Расчеты и симуляции указывают на то, что с учетом современных технологий изготовления микроустройств можно точно создавать системы размером до 64x64, что достаточно для таких задач, как обработка признаков речи.
Этот прорыв открывает путь к созданию более умных мягких роботов, миниатюрных механических сенсоров и передовых устройств, которые обрабатывают информацию непосредственно в самой материи, прокладывая новые пути в области вычислений на мягких материалах.
Детали исследования были в научном журнале Advanced Intelligent Systems.