Computador mecânico tem bits cúbicos que podem armazenar até cinco dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/07/2024

Este computador mecânico usa uma estrutura de cubos de polímero rígidos e interconectados para armazenar, recuperar e apagar dados - sem depender de componentes eletrônicos.
[Imagem: Yanbin Li et al. - 10.1126/sciadv.ado6476]

Computação mecânica

Em mais um exemplo do florescente campo das arquiteturas alternativas de computação, um novo computador mecânico, inspirado na técnica do kirigami, usa uma estrutura complexa de cubos de polímero rígidos e interconectados para armazenar, recuperar e apagar dados, tudo sem depender de nenhum componente eletrônico.

O sistema também inclui uma característica reversível, que permite controlar quando a edição de dados é permitida ou quando os dados devem ser bloqueados.

Computadores mecânicos são computadores que operam com componentes acionáveis mecanicamente, em vez dos tradicionais transistores, que são "acionados" por eletricidade. Historicamente, esses componentes mecânicos têm sido coisas como alavancas ou engrenagens. No entanto, os computadores mecânicos também podem ser feitos usando estruturas multiestáveis, estruturas que têm mais de um estado estável - pense em qualquer coisa que possa ser dobrada em mais de uma posição estável.

"Estávamos interessados em fazer duas coisas aqui," conta o professor Jie Yin, da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA. "Primeiro, estávamos interessados em desenvolver um sistema mecânico estável para armazenar dados."

"Em segundo lugar, este trabalho de prova de conceito focou-se em funções de computação binária com um cubo sendo empurrado para cima ou para baixo - é 1 ou 0. Mas achamos que há potencial aqui para uma computação mais complexa, com dados sendo transmitidos pela altura em que um determinado cubo foi elevado. Mostramos neste sistema de prova de conceito que os cubos podem ter cinco ou mais estados diferentes. Teoricamente, isso significa que um determinado cubo pode transmitir não apenas 1 ou 0, mas também um 2, 3 ou 4," acrescentou Yin.

O sistema cria uma alternativa de lógica pós-binária.
[Imagem: Yanbin Li et al. - 10.1126/sciadv.ado6476]

Computador mecânico de kirigami

Em vez de transistores, que são os componentes básicos dos computadores eletrônicos, as unidades fundamentais do novo computador mecânico são cubos plásticos de 1 centímetro, agrupados em unidades funcionais compostas por 64 cubos interligados.

O projeto dessas unidades foi inspirado no kirigami, que é a arte de cortar e dobrar papel. A diferença é que os pesquisadores aplicaram os princípios do kirigami a materiais tridimensionais, que são cortados em cubos, que são então conectados por finas tiras de fita elástica.

Quando qualquer um dos cubos é empurrado para cima ou para baixo, isso altera a geometria - ou arquitetura - de todos os cubos conectados. Isso pode ser feito empurrando fisicamente um dos cubos para cima ou para baixo, ou anexando uma placa magnética ao topo de cada um e aplicando um campo magnético para empurrá-lo remotamente para cima ou para baixo. Estas unidades funcionais de 64 cubos podem ser agrupadas em metaestruturas cada vez mais complexas, que permitem armazenar mais dados ou realizar cálculos mais complexos.

Para editar dados, é necessário alterar a configuração das unidades funcionais. Isso exige que o usuário puxe as bordas da metaestrutura, o que estica a fita elástica e permite empurrar os cubos para cima ou para baixo. Quando a metaestrutura é liberada, a fita se contrai, prendendo os cubos - e os dados - no lugar.

O sistema também pode ser usado como uma tela, para mostrar imagens usando píxeis mecânicos.
[Imagem: Yanbin Li et al. - 10.1126/sciadv.ado6476]

Aplicações e computação pós-binária

"Uma aplicação potencial para isso é permitir que os usuários criem criptografia ou descriptografia mecânica tridimensional," exemplifica o pesquisador Yanbin Li, que idealizou o computador mecânico. "Por exemplo, uma configuração específica de unidades funcionais poderia servir como uma senha 3D".

É uma senha relativamente forte: Uma metaestrutura simples de 9 unidades funcionais tem mais de 362.000 configurações possíveis. "Nós também estamos interessados em explorar a utilidade potencial dessas metaestruturas para criar sistemas hápticos que apresentem informações em um contexto tridimensional, em vez de píxeis em uma tela," acrescentou Li.

"Mas não estamos necessariamente limitados a um contexto binário," disse o professor Yin. "Cada unidade funcional de 64 cubos pode ser configurada em uma ampla variedade de arquiteturas, com cubos empilhados em até cinco cubos de altura. Isso permite o desenvolvimento de computação que vai muito além do código binário. Nosso trabalho de prova de conceito demonstra o alcance potencial dessas arquiteturas, mas não desenvolvemos código que capitalize essas arquiteturas. Estaríamos interessados em colaborar com outros pesquisadores para explorar o potencial de codificação dessas metaestruturas."

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