Muistin tallentaminen sirulle, jossa on virtaavaa vettä

Kuten rypistyneiden arkkien taitokset tai äskettäin tallatun jalanjäljet hiekassa, tietyt materiaalit merkitsevät historiaansa.

Nyt Yalen tutkijat osoittavat, että virtaavan veden ja muiden nesteiden verkostot voivat tallentaa omia muistojaan – samalla tavalla kuin tietokoneen siru – innovaatio, joka voisi ohjata robotteja ja antaa oivalluksia joistakin yksinkertaisista organismeista

Professori Amir Pahlavanin laboratoriossa tutkijat loivat pienen sirun, jossa on useita pieniä kanavia. Näiden kanavien sisään he asettivat sarjan joustavia mikrokuituja. Virtauksen paine voi saada kuidut vaihtamaan kahden tilan välillä, mikä vaikuttaa nesteen kulkuun. Tämä muodostaa "muistin" aiemmista virtauksista, jolloin kunkin kuidun nykyinen tila riippuu sen historiasta ja kytkettynä muiden kuitujen tiloista. Kunkin kuidun kaksi vakaata konfiguraatiota voivat edustaa nollaa tai ykköstä, aivan kuten bitti tietokoneen muistissa.

Tietokoneet tallentavat informaatiota tyypillisesti elektronisiin muistilaitteisiin. Tämä tutkimus kuitenkin osoittaa, että tietoa aiemmista virtauksista voidaan tallentaa myös joustavien kuitujen konfiguraatioihin, jotka vaihtuvat passiivisesti määrätyn virtauksen muuttuessa.

”Vaikka perinteinen mikrofluidiikka perustuu aktiivisiin elementteihin, tämä järjestelmä käyttää mikrokuituja informaation passiiviseen tallentamiseen”, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Abhineet Rajput. ”Nämä kuidut voidaan myös konfiguroida vuorovaikuttamaan keskenään, mikä tarkoittaa, että ne vaikuttavat toistensa fyysiseen tilaan ja edistävät monimutkaisen, koko järjestelmän kattavan muistin syntymistä.”

Yksi mahdollinen sovellus olisi pehmeä robotiikka, joka on suunniteltu toimimaan ympäristöissä, joissa perinteisellä laitteistolla varustetut laitteet eivät voisi toimia. Toisin sanoen nesteiden virtausnopeudet ja painetasot voisivat korvata sähkövirran, ja mikrokuidut voisivat toimia venttiileinä ja kanavat liitäntöinä.

”Ja monissa näistä ympäristöistä elektroniikka ei välttämättä pysty toimimaan sähkömagneettisten häiriöiden tai muiden ongelmien vuoksi”, sanoo konetekniikan apulaisprofessori Pahlavan. ”Ajatuksena on siis, että voisimme suunnitella täysin fluidiohjaimen, joka voidaan integroida pehmeään robottiin ja toimia tehokkaasti sen aivoina.”

Pidemmän aikavälin kysymys on, voitaisiinko näitä fluidiverkostoja kouluttaa suorittamaan hyödyllisiä tehtäviä. Tämä laajentaisi työtä informaation säilyttämisestä fyysiseen oppimiseen, jossa koulutus muuttaa järjestelmän vastetta halutun tuloksen saavuttamiseksi.

Se voisi myös antaa tutkijoille arvokasta tietoa muistista ja oppimisesta sellaisissa elävissä organismeissa kuin sienet, kasvien juuret ja limasienet, aivottomat, yksisoluiset organismit, jotka löytävät lyhimmän tien sokkelon läpi.

Aiheesta aiemmin:

Nanometsät dekoodaavat hiljaisen puheen tekstiksi reaaliajassa

Kuplat, jotka rikkovat sääntöjä: Sujuva löytö, joka uhmaa logiikkaa

3D-tulostusta mikroelektroniikasta mikrofluidiikkaan