Eläviä koneita tulevaisuudessa?

Uudet pehmeät, mekaaniset metamateriaalit voivat "miettiä" kuinka voimat kohdistuvat siihen ja reagoida ennalta ohjelmoitujen reaktioiden kautta.

Penn Staten ja Yhdysvaltain ilmavoimien tutkijaryhmän visiona on tuottaa tieteiskirjallisuusmaisia itsenäisiä älykkäkkäitä konerakenteita.

Tutkijat ovat saaneet aikaan pehmeän, mekaanisen metamateriaalin, joka voi "miettiä" kuinka voimat kohdistuvat siihen ja sitten reagoida ohjelmoitujen reaktioiden kautta. Tällaisella alustalla on suuri potentiaali erilaisiin sovelluksiin lääketieteellisistä hoidoista ympäristön parantamiseen.

"Olemme luoneet pehmeitä, mekaanisia metamateriaaleja joustavilla, johtavilla polymeeriverkostoilla, jotka voivat laskea kaikki digitaaliset logiikkalaskelmat", kertoo Penn Staten apulaisprofessori, Ryan Harne.

"Tutkimuspaperissamme kerrotaan tapa luoda päätöksenteon toimintoja suunniteltuihin materiaaleihin tavalla, joka voisi tukea tulevia pehmeitä, itsenäisiä mekaniikkajärjestelmiä. Niissä tukeudutaan elämänmuotojen peruselementteihin ja ohjelmoidaan suorittamaan ihmisille hyödyllisiä palveluja. Näihin voi sisältyä kestävän ja vankan infrastruktuurin ylläpito tai ilmassa ja vedessä olevien epäpuhtauksien ja taudinaiheuttajien seuranta, avustaminen potilaiden haavojen paranemisessa ja paljon muuta."

Tutkimusryhmän luomat pehmeät materiaalit "ajattelevat" käyttämällä johtavien polymeeriverkkojen uudelleenmääritystä. Materiaaleihin kohdistuva mekaaninen voima ja sähköiset signaalit yhdistävät ja muokkaavat verkkoa yhä uudelleen.

Harne ja tutkijaryhmä käyttävät logiikkatyyppejä, jotka ylittävät puhtaan mekaanisen kahden tilan logiikan. He havaitsivat, että niitä käytettäessä päädyttiin jumiin, koska tiettyjä loogisia operaatioita ei voitu toteuttaa. Tutkijat löysivät tavan sisällyttää sähköiset signaalit mekaanisten signaalien kanssa, jolloin voidaan käsitellä kaikkia nykyaikaisessa digitaalisessa laskennassa käytettyjä logiikkaportteja.

Avain kaikkien loogisten porttien toteuttamiseen oli yhdistelmä sähköistä polymeeriverkkoa pehmeän, muotoaan muuttuvan materiaalin kanssa. Tutkijat loivat logiikkaoperaatiot konfiguroimalla uudelleen samanaikaisesti pehmeän materiaalin ja sähköä johtavan verkon. Tämä varmistaa myös, että binäärilähtö on sähköä, jota tarvitaan ohjaamaan mekanismia, joka saa materiaalin reagoimaan käytettyyn mekaaniseen voimaan. Sähköisten ja mekaanisten signaalien yhdistelmä antaa konerakenteelle sen liikevapaudet.

Harne ja tutkijatiimi haluavat mennä ohi yksittäisen materiaalin ja suunnitella jotain monimutkaisempaa.

"Minulla on visio siitä, kuinka tutkijat ja insinöörit voivat luoda suunnitellun elämäjärjestelmän, joka auttaa yhteiskuntaa", Harne sanoi. ”Sinun tarvitsee vain koota yhteen kaikki elämänmuotojen toiminnot. Ja kun teet niin, sinulla on käytettävissänne suunnitellun elämän rakennuspalikat. "

Vaikka tämä kaikki näyttää olevan tieteiskirjallisuutta, Harne uskoo, että sillä on valtava potentiaali.

"Se on jonkin verran scifiä ja minun on myönnettävä se ja todettava, että minä olen ollut kollegoiden mielestä hieman hullu", toteaa Harne. "Mutta jos me insinööreinä ja tiedemiehinä ymmärrämme kaikki elämän muodostavat asiat, niin miksi emme yritä tehdä teknisistä olennoista, sellaisia jotka voivat auttaa ihmisiä?"

Aiheesta aiemmin:

3D-tulostuksella mekaanisia logiikkaportteja

Ensimmäiset askeleet kohti kvantti-aivoja

Tavoitteena terminen tietokone