Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una computadora mecánica inspirada en el kirigami que utiliza una estructura compleja de cubos de polímero duros e interconectados para almacenar, recuperar y borrar datos sin depender de componentes electrónicos. El sistema también incluye una función reversible que permite a los usuarios controlar cuándo se permite la edición de datos y cuándo se deben bloquear los datos en su lugar.
Las computadoras mecánicas son computadoras que funcionan con componentes mecánicos en lugar de electrónicos. Históricamente, estos componentes mecánicos han sido cosas como palancas o engranajes. Sin embargo, las computadoras mecánicas también se pueden construir usando estructuras que sean multiestables, lo que significa que tienen más de un estado estable; piense en cualquier cosa que pueda plegarse en más de una posición estable.
“Estábamos interesados en hacer algunas cosas aquí”, dice Ji Yin, coautor de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. “Al principio estábamos interesados en desarrollar un sistema mecánico estable para almacenar datos.
“En segundo lugar, este trabajo de prueba de concepto se centró en funciones de computación binaria en las que el cubo se empuja hacia arriba o hacia abajo: es un 1 o un 0. Pero creemos que existe potencial para una computación más compleja con los datos. ¿A qué altura se empuja un cubo dado? Hemos demostrado en esta prueba que los cubos pueden tener teóricamente cinco o más estados diferentes, lo que significa que un cubo A dado puede producir no sólo un 1 o un 0, sino también un 2, 3 o 4.”
Las unidades básicas de la nueva computadora mecánica son cubos de plástico de 1 cm, agrupados en unidades funcionales que constan de 64 cubos interconectados. El diseño de estas unidades se inspiró en el kirigami, el arte de cortar y doblar papel. Yen y sus colegas han aplicado los principios del kirigami a materiales tridimensionales que se cortan en cubos conectados.
Cuando cualquier cubo se empuja hacia arriba o hacia abajo, cambia la geometría (o arquitectura) de todos los cubos conectados. Esto se puede hacer empujando físicamente hacia arriba o hacia abajo uno de los cubos, o colocando una placa magnética en la parte superior de la unidad funcional y aplicando un campo magnético para empujarla hacia arriba o hacia abajo de forma remota. Estas 64 unidades funcionales cúbicas se pueden agrupar en metaestructuras cada vez más complejas que permiten almacenar más datos o realizar cálculos más complejos.
Los cubos están conectados por finas tiras de cinta elástica. Para modificar los datos se debe cambiar el orden de las unidades funcionales. Esto requiere que los usuarios tiren de los bordes de la metaestructura, lo que estira la cinta elástica y permite empujar los cubos hacia arriba o hacia abajo. Cuando liberas la metaestructura, la cinta se contrae, bloqueando los cubos (y los datos) en su lugar.
“Una aplicación potencial para esto es que permite a los usuarios crear cifrado o descifrado mecánico tridimensional”, dice Yanbin Li, primer autor del artículo e investigador postdoctoral en NC State. “Por ejemplo, una secuencia específica de unidades funcionales puede actuar como una contraseña 3D.
“Y la densidad de información es bastante buena”, dice Lee. “Utilizando un marco binario, donde los cubos están arriba o abajo, una metaestructura simple de 9 unidades funcionales tiene más de 362.000 configuraciones posibles”.
“Pero no tenemos por qué limitarnos a un contexto binario”, dice Yen. “Cada unidad funcional de 64 cubos se puede organizar en una amplia variedad de arquitecturas, con cubos apilados hasta cinco cubos de altura. Esto permite avances informáticos que van más allá del código binario. El potencial de estas arquitecturas varía, pero no hemos desarrollado código que tome Aprovechando estas arquitecturas, estamos interesados en colaborar con otros investigadores para explorar el potencial de codificación de estas metaestructuras”.
“También estamos interesados en explorar la utilidad potencial de estas metaestructuras para crear sistemas hápticos que muestren información en un contexto tridimensional en lugar de píxeles en una pantalla”, dice Lee.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias bajo las subvenciones 2005374, 2126072 y 2231419.
