Material artificial memoriza coisas complexas mecanicamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/05/2024

Projeto e protótipos dos átomos artificiais que formam o material mecânico com memória.
[Imagem: Chaviva Sirote-Katz et al. - 10.1038/s41467-024-47780-w]

Materiais que computam

Ninguém duvida que os materiais artificiais capazes de executar cálculos - ou metamateriais computacionais - vieram para ficar, já que foi nessa plataforma que se construíram os primeiros processadores que funcionam na velocidade da luz, protótipos de computadores mecânicos, um processador analógico fotônico, materiais que sabem contar e muitos etecéteras.

Agora, uma equipe do Laboratório Nacional Los Alamos, nos EUA, criou um metamaterial mecânico que, como um computador que segue instruções, consegue lembrar a ordem das ações executadas nele.

Batizado de Chaco, em homenagem ao sítio arqueológico no norte do Novo México, o novo metamaterial pode ter inúmeras aplicações, incluindo armazenamento de memória, robótica e até mesmo computação mecânica.

"Se você puxar um elástico e depois torcê-lo, obterá o mesmo resultado que se o tivesse torcido e depois puxado. Os materiais comuns respondem da mesma maneira a uma sequência de manipulações mecânicas, independentemente da sua ordem," explicou Cristiano Nisoli, coordenador da equipe. "No entanto, o Chaco apresenta um comportamento dependente da história e se lembra das operações passadas."

"Essa memória é típica de sistemas magnéticos, e não de sistemas mecânicos. Projetamos explicitamente o Chaco como o análogo mecânico de um nanoímã, chamado Shakti. Nossa ideia era que o Chaco poderia herdar propriedades magnéticas de memória normalmente ausentes na mecânica," detalhou o pesquisador.

É difícil para um ser humano ler a informação armazenada, mas um sistema mecânico pode ser ideal para robótica e sistemas de automação.
[Imagem: Chaviva Sirote-Katz et al. - 10.1038/s41467-024-47780-w]

Metamecânica

O projeto do metamaterial Chaco se baseia no conceito de "frustração geométrica", que impede que múltiplos padrões possíveis se espalhem por uma grande área, e está presente em alguns sistemas magnéticos exóticos.

Os ímãs podem ser impedidos pela frustração geométrica de atingir um estado simples e ordenado se seus momentos magnéticos forem estrategicamente projetados. Os blocos de construção tridimensionais do Chaco são nanoímãs, dispostos de maneiras que os impedem de se estabelecerem facilmente em uma configuração ordenada e de baixa energia.

Essas limitações das peças individuais, conhecidas como os meta-átomos do material artificial, geram uma variedade de estados internos, nos quais pode-se codificar dados, tornando o material capaz de armazenar memórias - uma memória mecânica.

A chave para a memorização está no que os cientistas chamam de natureza não-abeliana do material, o que significa que a ordem das operações determina seu modo de reação. Com isto, ele pode se lembrar não apenas de um dado binário, mas de uma sequência de ações. Basta "ler" o estado do material para recuperar a informação sequencial.

"O campo da metamecânica tem prometido novos materiais inteligentes por design," disse Nisoli. "Na divisão teórica, estávamos fazendo algo semelhante ao projetar novos nanoímãs. E agora, ao imbuir os materiais mecânicos com as propriedades e funcionalidades exóticas associadas aos ímãs, abrimos uma nova direção de projeto na metamecânica."

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