Як працює особливий комп'ютер без електроніки, натхненний японським мистецтвом кірігамі

Як він працює і для чого потрібен

Дослідний зразок комп'ютера, який не містить електронних компонентів, складається з 64 з'єднаних між собою полімерних кубиків розміром 1 кубічний сантиметр. Їх можна переставляти, щоб зберігати, отримувати й стирати дані. Подібно до кірігамі, де папір розрізають і складають у складні конструкції, комп'ютером можна фізично маніпулювати, надаючи йому різних конфігурацій і станів.

Дивіться також В'єтнамець створює вражаючі дерев'яні авто зі складними механізмами

Кожен кубик представляє біт двійкових даних, який можна зрушити вгору або вниз, щоб отримати 1 або 0 відповідно. Перестановка кубиків змінює конфігурацію комп'ютера, дозволяючи зберігати або представляти інформацію у фізичній формі.

За словами вчених, концепція може бути використана для створення фізичних систем шифрування-розшифрування або навіть для розробки сенсорних систем для 3D-середовищ.

Наприклад, певна конфігурація функціональних блоків може слугувати 3D-паролем. Ми також зацікавлені в дослідженні потенційної корисності цих метаструктур для створення тактильних систем, які відображають інформацію в тривимірному контексті, а не у вигляді пікселів на екрані,
– каже Янбін Лі, автор дослідження, аспірант Інженерного коледжу Університету штату Північна Кароліна.

Механічні комп'ютери з'явилися багато століть тому — можливо, ще у другому столітті до нашої ери — задовго до винайдення алгоритмів і мов програмування, якими ми їх знаємо сьогодні. Однак, на відміну від нової концепції, натхненної кірігамі, люди керували цими машинами за допомогою шестерень або важелів, що робило їх надзвичайно незграбними.

У новому комп'ютері зміна положення одного кубика змінює положення всіх з'єднаних між собою кубиків, змінюючи конфігурацію комп'ютера відповідно до різних обчислювальних станів.

Як працює механічний комп'ютер: відео

Використовуючи бінарну структуру, де кубики знаходяться або вгорі, або внизу, проста метаструктура з 9 функціональних блоків має понад 362 000 можливих конфігурацій,
– каже Лі.

Редагування даних контролюється за допомогою потягування за краї метаструктури, яка розтягує еластичну стрічку й штовхає куб вгору або вниз. Коли стрічку відпускають, вона фіксує кубики на місці, фактично зберігаючи дані. Кубики також можна штовхати вгору або вниз віддалено, прикріпивши магнітну пластину й застосувавши магнітне поле.

Дослідники кажуть, що система може дозволити й складніші обчислення, що виходять за рамки двійкового коду, з кубами, здатними займати стани не тільки 1 або 0, але й 2, 3 і 4.

"Кожен функціональний блок з 64 кубиків може бути сконфігурований у найрізноманітніші архітектури, причому кубики можуть бути складені у стопки висотою до п'яти кубиків. Це дозволяє розвивати обчислення, які виходять далеко за межі двійкового коду", – додає співавтор дослідження Цзе Інь, доцент кафедри механічної та аерокосмічної інженерії в Університеті штату Північна Кароліна.

Далі дослідники сподіваються об'єднатися з програмістами для розробки коду для комп'ютера. "Наша робота над підтвердженням концепції демонструє потенційний діапазон цих архітектур, але ми ще не розробили код, який би використовував ці архітектури", – сказав Лі.