Tutkijat ohjelmoivat materiaaleja vain pyörittämällä niitä

EPFL:n insinööreistä koostuva tiimi on suunnitellut pyörivän alustan, jonka hallittu pyöritys voi saada joustavat säteet siirtymään kahden vakaan tilan välillä. Yksinkertainen ja nopea menetelmä voi koodata binääri-informaatiota suoraan materiaaleihin ilman elektroniikkaa.

Esimerkiksi läimäysrannekkeessa yksinkertainen napautus saa sen vaihtamaan muotoaan suoran ja kiertyneen välillä. Näin voi vaihtaa kahden vakaan asennon välillä ( 0 ja 1) ja tallentaa dataa suoraan fyysiseen muotoon mekaanisina bitteinä (m-bitteinä).

Koska niillä on jännittävä potentiaali robotiikka- ja muiden mekaanisten järjestelmien tehokkaaseen ohjaukseen, tutkijat ovat suunnitelleet ohjelmoitavilla rakenteilla varustettuja erikoismateriaaleja (ohjelmoitavat metamateriaalit) jo vuosia. Tähän asti tällaisten järjestelmien varsinainen ohjelmointi on kuitenkin ollut suuri haaste: mekaanisia osia on tyypillisesti ohjattava erikseen, mikä on erittäin hankalaa ja aikaa vievää.

EPFL:n joustavien rakenteiden laboratorion (fleXLab), AMOLF tutkimuslaitoksen ja Leidenin yliopiston tutkijat ovat nyt löytäneet tavan ohjelmoida metamateriaaleja globaalisti yllättävän yksinkertaisella ratkaisulla: rotaatiolla. Virittämällä pyörivän alustan nopeutta, suuntaa ja kiihtyvyyttä tutkijat voivat valjastaa pyörivässä järjestelmässä syntyvät voimat – kuten keskipakois- ja Eulerin voimat – saadakseen elastiset palkit napsahtamaan edestakaisin, mikä luo yksinkertaisen uuden tavan "kirjoittaa" useita mekaanisia bittejä kerralla.

”Lähestymistapamme kauneus piilee siinä, että se mahdollistaa mekaanisen metamateriaalijärjestelmän muistin globaalin asettamisen rotaation avulla”, selittää fleXLabin johtaja Pedro Reis. ”Muistitallennus on kriittinen osa mekaanista laskentaa ja pehmeitä robotiikkasovelluksia, ja sitä voitaisiin käyttää sellaisten tulevaisuuden järjestelmien kehittämiseen, jotka upottavat fyysisen älykkyyden elementtejä suoraan itse materiaaleihin, joita käytetään niiden rakentamiseen.”

Dynaamisen ajon demonstroimiseksi tutkijat "kirjoittivat" kaikki aakkosten 26 isoa kirjainta käyttämällä viittä sormen kokoista silikonipalkkia, jotka oli asennettu pyörivään alustaansa. Ensin he antoivat jokaiselle kirjaimelle viisinumeroisen luvun, joka koostui nollista ja ykkösistä ASCII-merkistökoodausstandardia käyttäen. Sitten he säätivät kunkin palkin kiinnitystä alustaan siten, että se napsahtaisi toiseen kahdesta vakaasta asennostaan (käännettynä vasemmalle tai oikealle) eri pyörimisparametrien kynnysarvoilla.

”Dynaaminen ohjausparadigmamme tarjoaa monipuolisen reitin älykkäisiin, etäkäyttöisiin laitteisiin, jotka voivat toimia tehokkaasti monenlaisissa fyysisten järjestelmien sovelluksissa, mikrofluidiikasta ja implanteista älykkääseen infrastruktuuriin ja vedenalaiseen tai lääketieteelliseen robotiikkaan”, tiivistää AMOLF-tutkija Martin van Hecke.

Aiheesta aiemmin:

Kohti RF-ketjusta vapaata langattomuutta

Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan