Od lat każda kolejna zapowiedź elektroniki próbuje sprzedać nam szybsze układy, większą moc obliczeniową i jeszcze sprawniejsze akumulatory. W takiej rzeczywistości wiadomość o “komputerze ze sprężyn” łatwo zbyć wzruszeniem ramion, bo brzmi to bardziej jak inżynierska ciekawostka, coś między eksponatem muzealnym a projektem studenckim, który nie ma większego znaczenia dla przyszłości technologii. Czy tak jest i tym razem?Sprawa nie rozbija się bowiem akurat o to, czy ktoś chce dziś zastąpić laptopa mechanizmem ze stali. Chodzi raczej o znacznie ciekawsze pytanie, bo czy aby na pewno każde przetwarzanie informacji musi odbywać się w krzemie, pod kontrolą tranzystorów i przy wsparciu klasycznego zasilania? Zespół ze St. Olaf College i Syracuse University pokazał właśnie, że odpowiedź wcale nie musi być twierdząca, a sama idea “komputera” może być szersza, niż przywykliśmy zakładać.
To nie jest komputer do Excela. To demonstracja mechanicznej logiki i pamięci
Najważniejsze jest jedno – wspomniani naukowcy nie stworzyli alternatywy dla peceta, smartfona czy mikrokontrolera. Opisali na łamach swojego artykułu opublikowanego w Nature platformę opartą na bistabilnych elementach zbudowanych z sztywnych prętów i liniowych sprężyn. Ich własności oraz wzajemne oddziaływania można stroić geometrycznie. W praktyce chodzi o to, że taki układ może przechowywać stan, reagować na sekwencję wymuszeń mechanicznych i wykonywać proste operacje logiczne.
Czytaj też: Aparat może przestać być tylko okiem. Jedna dioda chce dorzucić mu pamięć i obliczenia
Autorzy wprost piszą o drodze do materiałów, które mogą “wyczuwać”, “obliczać” i “odpowiadać” na swoje mechaniczne otoczenie i właśnie tutaj zaczyna się najciekawsza część tej historii. Zamiast traktować pamięć jako coś zamkniętego w kości pamięci albo na dysku, badacze wykorzystują pamięć samej materii, a dokładniej histerezy. Mówiąc prościej, element “pamięta”, jak został wcześniej odkształcony lub przestawiony, a ten zapisany stan wpływa na jego kolejne zachowanie. Tego typu mechanizm nie potrzebuje ani tranzystora, ani akumulatora. Potrzebuje za to dobrze zaprojektowanej geometrii i odpowiednio dobranych sił.
Co ten układ potrafi zrobić naprawdę?
Na obecnym etapie nie mówimy o maszynie uniwersalnej, ale o trzech jasno pokazanych funkcjach. Jeden układ liczy kolejne cykle mechanicznego wymuszenia. Drugi rozróżnia, czy liczba cykli jest parzysta, czy nieparzysta, czyli realizuje bardzo podstawową operację logiczną. Trzeci z kolei zapamiętuje poziom przyłożonej siły. W samym artykule naukowym autorzy pokazują m.in. liczenie cykli oraz liczenie modulo 2, a jeden z demonstratorów rozpoznaje także, czy przyłożona została siła średnia czy duża. To nie wygląda imponująco, jeśli myślimy kategoriami zwykłego komputera, ale zaczyna wyglądać poważnie, gdy spojrzymy na to jak na projektowanie materiału, który sam w sobie przetwarza informację.
Czytaj też: Czym zastąpić benzynę? Trzech gigantów zmierzy się z paliwem jutra
Właśnie dlatego zresztą nie jest to “wynalazek z przeszłości”, ale raczej jedna z tych prac, które próbują rozszerzyć definicję elektroniki użytkowej i systemów sterowania. Podobny kierunek widać zresztą także w innych świeżych projektach, choć realizowanych zupełnie inną drogą. Dobrym tego przykładem jest temat komputera wszytego w nitkę oraz elastycznego układu scalonego, ale akurat tam chodzi o miniaturyzację i giętkość elektroniki, a tutaj o przeniesienie części logiki wprost do mechanicznej struktury. Wspólny mianownik jest jednak ten sam: obliczenia mają przestać być czymś zamkniętym wyłącznie w klasycznej, kruchej obudowie.
Gdzie taki “komputer” ma sens?
Sprzęt tego typu może znaleźć zastosowanie tam, gdzie elektronika jest zbędna, zbyt delikatna albo po prostu nieopłacalna. Komunikat uczelni mówi wprost o prostych obliczeniach wykonywanych w trudnych warunkach, takich jak skrajne temperatury czy środowiska narażone na chemiczną korozję. Zwłaszcza że ten pomysł można znacząco rozszerzyć o materiały inteligentne, a więc zdolne do odczuwania otoczenia, podjęcia prostej decyzji i reakcji. W tym kontekście przestaje dziwić wzmianka o bardziej responsywnych protezach czy rozwiązaniach reagujących na dotyk i nacisk bez dokładania kolejnej warstwy zasilania oraz elektroniki.
Czytaj też: Problematyczne Wi-Fi dostało rywala do zadań specjalnych
Autorzy i uczelnia podkreślają, że to dopiero krok w stronę większych, bardziej złożonych układów, a dzisiejsze dzieła to głównie platformy testowe i laboratoryjne demonstratory. Do gotowych produktów jest im bardzo daleko, ale specjaliści już zapowiedzieli dalsze badania nad skalowaniem i nad tym, jak kolejne rotory wpływają na siebie nawzajem. Innymi słowy, dziś dostaliśmy dowód, że to działa, a dopiero z czasem okaże się, czy da się z tego zbudować coś naprawdę użytecznego poza laboratorium.
To nie koniec elektroniki. To przypomnienie, że technologia nie rozwija się jedną ścieżką
Najciekawsze w tym wszystkim jest to, że projekt amerykańskich badaczy nie atakuje klasycznych komputerów. On raczej podważa wygodny odruch, według którego każde przyszłościowe rozwiązanie musi oznaczać więcej tranzystorów, więcej watów i więcej złożoności. Czasem postęp polega na tym, żeby odjąć, a nie dodać. Żeby zrezygnować z baterii, procesora i układu scalonego tam, gdzie nie są potrzebne, a funkcję pamięci oraz logiki przenieść bezpośrednio do samej konstrukcji. Dlatego “komputer ze sprężyn” nie jest dziś konkurentem dla elektroniki, tylko sygnałem, że obliczenia można rozumieć szerzej.
Źródła: St. Olaf College, Nature
