חוקרים יצרו מחשב מכני בהשראת קיריגמי באמצעות קוביות פולימר מחוברות, המסוגל לאחסן ולתפעל נתונים במספר מצבים יציבים, מה שמציע בסיס למחשוב מכני והצפנה מתקדמים ללא רכיבים אלקטרוניים. קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרים פיתחו מחשב מכני חדש בהשראת קיריגמי, תוך שימוש בקוביות פולימר מחוברות לאחסון נתונים ללא אלקטרוניקה.
מערכת זו מאפשרת מספר מצבים יציבים, ומשפרת את המחשוב הבינארי כך שיכלול מצבי נתונים נוספים. העיצוב, הממנף את עקרונות הקיריגמי, מאפשר אחסון נתונים ומבני חישוב מורכבים עם יישומים מעשיים בהצפנה מכנית ומערכות הפטיות.
חדשנות במחשוב מכני
חוקרים ב אוניברסיטת צפון קרולינה סטייט פיתחו מחשב מכני בהשראת קיריגמי המשתמש במבנה מורכב של קוביות פולימר קשיחות ומקושרות זו לזו כדי לאחסן, לאחזר ולמחוק נתונים מבלי להסתמך על רכיבים אלקטרוניים. המערכת כוללת גם תכונה הפיכה המאפשרת למשתמשים לשלוט מתי עריכת נתונים מותרת ומתי יש לנעול נתונים במקומם. המערכת מתוארת במאמר, "Mechanical Computing Metastructables Reprogrammable and Reconfigurable Metastructures with Stable and High Density Memory" שפורסם היום (26 ביוני) בכתב העת עם גישה פתוחה התקדמות המדע.
מחשבים מכניים הם מחשבים הפועלים באמצעות רכיבים מכניים ולא אלקטרוניים. היסטורית, רכיבים מכניים אלה היו דברים כמו מנופים או גלגלי שיניים. עם זאת, מחשבים מכניים יכולים להתבצע גם באמצעות מבנים שהם ריבוי יציבים, כלומר יש להם יותר ממצב יציב אחד – חשבו על כל דבר שניתן לקפל ליותר ממצב יציב אחד.
חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה פיתחו מחשב מכני בהשראת קיריגמי המשתמש במבנה מורכב של קוביות פולימר קשיחות ומקושרות זו לזו כדי לאחסן, לאחזר ולמחוק נתונים מבלי להסתמך על רכיבים אלקטרוניים. קרדיט: Yanbin Li, NC State University
שיפור אחסון ומורכבות הנתונים
"היינו מעוניינים לעשות כאן כמה דברים", אומר ג'י יין, מחבר משותף של מאמר על העבודה ופרופסור חבר להנדסת מכונות וחלל ב-NC State. "ראשית, היינו מעוניינים לפתח מערכת יציבה ומכנית לאחסון נתונים.
שנית, עבודת ההוכחה של הרעיון התמקדה בפונקציות מחשוב בינאריים עם דחיפה של קובייה כלפי מעלה או דחופה למטה – זה או 1 או 0. אבל אנחנו חושבים שיש כאן פוטנציאל למחשוב מורכב יותר, עם העברת נתונים באיזו גובה נדחקה קובייה נתונה למעלה. הראינו במערכת ההוכחה הזו שלקוביות יכולות להיות חמישה או יותר מצבים שונים. תיאורטית, זה אומר שקוביה נתונה יכולה להעביר לא רק 1 או 0, אלא גם 2, 3 או 4."
עיצוב בהשראת קיריגמי
היחידות הבסיסיות של המחשב המכני החדש הן קוביות פלסטיק באורך סנטימטר אחד, המקובצות ליחידות פונקציונליות המורכבות מ-64 קוביות מחוברות זו לזו. העיצוב של יחידות אלה נוצר בהשראת הקיריגמי, שהיא אומנות החיתוך וקיפול הנייר. יין ומשתפי הפעולה שלו יישמו את עקרונות הקיריגמי על חומרים תלת מימדיים שנחתכים לקוביות מחוברות.
כאשר כל אחת מהקוביות נדחפת למעלה או למטה, זה משנה את הגיאומטריה – או הארכיטקטורה – של כל הקוביות המחוברות. ניתן לעשות זאת על ידי דחיפה פיזית למעלה או למטה על אחת הקוביות, או על ידי הצמדת לוח מגנט לחלק העליון של היחידה הפונקציונלית והפעלת שדה מגנטי כדי לדחוף אותה מרחוק למעלה או למטה. ניתן לקבץ יחידות פונקציונליות אלו של 64 קוביות יחד למטא-מבנים מורכבים יותר ויותר המאפשרים אחסון נתונים נוספים או ביצוע חישובים מורכבים יותר.
הקוביות מחוברות ברצועות דקות של סרט אלסטי. כדי לערוך נתונים, עליך לשנות את התצורה של יחידות פונקציונליות. זה מחייב את המשתמשים למשוך בקצוות של המטא-מבנה, מה שמותח את הסרט האלסטי ומאפשר לדחוף קוביות למעלה או למטה. כאשר אתה משחרר את המטא-מבנה, הקלטת מתכווצת, נועלת את הקוביות – והנתונים – במקום.
יישומים פוטנציאליים וכיוונים עתידיים
"יישום פוטנציאלי אחד לכך הוא שהוא מאפשר למשתמשים ליצור הצפנה או פענוח תלת מימדית, מכנית", אומר ינבין לי, המחבר הראשון של המאמר וחוקר פוסט-דוקטורט ב-NC State. "לדוגמה, תצורה ספציפית של יחידות פונקציונליות יכולה לשמש כסיסמה תלת מימדית.
"וצפיפות המידע די טובה", אומר לי. "באמצעות מסגרת בינארית – שבה הקוביות הן למעלה או למטה – למטא-מבנה פשוט של 9 יחידות פונקציונליות יש יותר מ-362,000 תצורות אפשריות."
"אבל אנחנו לא בהכרח מוגבלים להקשר בינארי", אומר יין. "ניתן להגדיר כל יחידה פונקציונלית של 64 קוביות למגוון רחב של ארכיטקטורות, עם קוביות מוערמות בגובה של עד חמש קוביות. זה מאפשר פיתוח מחשוב שחורג הרבה מעבר לקוד בינארי. עבודת הוכחת הקונספט שלנו כאן מדגימה את הטווח הפוטנציאלי של ארכיטקטורות אלו, אך לא פיתחנו קוד שמנצל את הארכיטקטורות הללו. נהיה מעוניינים לשתף פעולה עם חוקרים אחרים כדי לחקור את פוטנציאל הקידוד של המטא-מבנים הללו."
סיכום
"אנחנו גם מעוניינים לבחון את התועלת הפוטנציאלית של המטא-מבנים האלה ליצירת מערכות הפטיות שמציגות מידע בהקשר תלת מימדי, ולא בתור פיקסלים על מסך", אומר לי.
מחבר המאמר המתכתב הוא האו סו, פרופסור חבר להנדסת מכונות וחלל במדינת NC. המאמר נכתב בשיתוף Shuangye Yu ו-Yaoye Hong, Ph.D לשעבר. סטודנטים במדינת NC; Haitao Qing ו-Fangjie Qi, Ph.D הנוכחי. סטודנטים במדינת NC; ויאו ז'או, חוקר פוסט-דוקטורט לשעבר ב-NC State.
העבודה נעשתה בתמיכת הקרן הלאומית למדע במסגרת מענקים 2005374, 2126072 ו-2231419.
