Как работает особый компьютер без электроники, вдохновленный японским искусством киригами

Как он работает и для чего нужен

Опытный образец компьютера, который не содержит электронных компонентов, состоит из 64 соединенных между собой полимерных кубиков размером 1 кубический сантиметр. Их можно переставлять, чтобы хранить, получать и стирать данные. Подобно киригами, где бумагу разрезают и складывают в сложные конструкции, компьютером можно физически манипулировать, придавая ему различные конфигурации и состояния.

Смотрите также Вьетнамец создает впечатляющие деревянные авто со сложными механизмами

Каждый кубик представляет бит двоичных данных, который можно сдвинуть вверх или вниз, чтобы получить 1 или 0 соответственно. Перестановка кубиков меняет конфигурацию компьютера, позволяя хранить или представлять информацию в физической форме.

По словам ученых, концепция может быть использована для создания физических систем шифрования-расшифровки или даже для разработки сенсорных систем для 3D-среды.

Например, определенная конфигурация функциональных блоков может служить 3D-паролем. Мы также заинтересованы в исследовании потенциальной полезности этих метаструктур для создания тактильных систем, которые отображают информацию в трехмерном контексте, а не в виде пикселей на экране,
– говорит Янбин Ли, автор исследования, аспирант Инженерного колледжа Университета штата Северная Каролина.

Механические компьютеры появились много веков назад — возможно, еще во втором веке до нашей эры — задолго до изобретения алгоритмов и языков программирования, какими мы их знаем сегодня. Однако, в отличие от новой концепции, вдохновленной киригами, люди управляли этими машинами с помощью шестеренок или рычагов, что делало их чрезвычайно неуклюжими.

В новом компьютере изменение положения одного кубика меняет положение всех соединенных между собой кубиков, изменяя конфигурацию компьютера в соответствии с различными вычислительными состояниями.

Как работает механический компьютер: видео

Используя бинарную структуру, где кубики находятся либо вверху, или внизу, простая метаструктура из 9 функциональных блоков имеет более 362 000 возможных конфигураций,
– говорит Ли.

Редактирование данных контролируется с помощью потягивания за края метаструктуры, которая растягивает эластичную ленту и толкает куб вверх или вниз. Когда ленту отпускают, она фиксирует кубики на месте, фактически сохраняя данные. Кубики также можно толкать вверх или вниз удаленно, прикрепив магнитную пластину и применив магнитное поле.

Исследователи говорят, что система может позволить и более сложные вычисления, выходящие за рамки двоичного кода, с кубами, способными занимать состояния не только 1 или 0, но и 2, 3 и 4.

"Каждый функциональный блок из 64 кубиков может быть сконфигурирован в самые разнообразные архитектуры, причем кубики могут быть сложены в стопки высотой до пяти кубиков. Это позволяет развивать вычисления, которые выходят далеко за пределы двоичного кода", – добавляет соавтор исследования Цзе Инь, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии в Университете штата Северная Каролина.

Далее исследователи надеются объединиться с программистами для разработки кода для компьютера. "Наша работа над подтверждением концепции демонстрирует потенциальный диапазон этих архитектур, но мы еще не разработали код, который бы использовал эти архитектуры", – сказал Ли.