Prendendo una pagina dal passato, Gli scienziati e gli ingegneri del Lawrence Livermore National Laboratory stanno combinando l'informatica meccanica con la stampa 3D come parte di uno sforzo per creare materiali "senzienti" in grado di rispondere ai cambiamenti nell'ambiente circostante, anche in ambienti estremi che distruggerebbero i componenti elettronici, come radiazioni elevate, calore o pressione.

Computer originali, come la macchina delle differenze di Charles Babbage, erano completamente meccanici, pieno di ingranaggi e leve che giravano, spostato e spostato per risolvere complessi calcoli matematici. Dopo la seconda guerra mondiale e l'avvento dei tubi a vuoto e dei circuiti elettronici, i computer meccanici per lo più seguivano la via del dodo.

Però, dando una nuova svolta alla vecchia tecnologia, ricercatori e collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) sono porte logiche meccaniche stampate in 3D, gli elementi costitutivi di base dei computer in grado di eseguire qualsiasi tipo di calcolo matematico.

Come i LEGO, queste porte logiche stampate in 3D potrebbero essere utilizzate per costruire qualsiasi cosa, ricercatori hanno detto, incorporato in qualsiasi tipo di materiale architettonico e programmato per reagire al suo ambiente cambiando fisicamente forma senza bisogno di elettricità, utile in aree ad alta radiazione, calore o pressione. La ricerca è stata pubblicata oggi online dalla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Alcune applicazioni elettriche sono limitate, mentre con questo sistema il materiale potrebbe riconfigurarsi completamente, " ha affermato il ricercatore principale Andy Pascall. "Se si incorporano porte logiche nel materiale, quel materiale poteva percepire qualcosa sul suo ambiente. È un modo per avere un materiale reattivo; ci piace definirlo un materiale "senziente", che potrebbe avere risposte complicate alla temperatura, pressione, ecc. L'idea è che va oltre l'essere intelligenti. Sta rispondendo in modo controllato, modo preciso."

Porte logiche meccaniche, pur non essendo potente come i normali computer, potrebbe rivelarsi utile nei rover inviati in ambienti ostili come Venere, o in computer a bassa potenza destinati a sopravvivere a esplosioni di impulsi nucleari o elettromagnetici che distruggerebbero dispositivi elettronici, ricercatori hanno detto. In un rover venusiano, Pascall ha detto che gli scienziati potrebbero implementare un sistema di controllo, quindi se il rover diventasse troppo caldo, il materiale potrebbe aprire i suoi pori per consentire l'ingresso di più refrigerante, senza bisogno di elettricità.

I dispositivi potrebbero anche essere utilizzati in robot inviati per raccogliere informazioni sui reattori nucleari (ad es. Fukushima) o, pur apparendo come qualsiasi tipo di materiale, potrebbe essere nascosto all'interno di qualsiasi tipo di struttura immaginabile.

"La cosa bella del nostro design è che non è limitato in scala, "Pascall ha detto. "Possiamo scendere a un ordine di diversi micron fino a quanto è necessario che sia, e può essere rapidamente prototipato. Questo sarebbe un compito difficile senza la stampa 3D".

Ingegnere di ricerca LLNL Robert Panas, ex ricercatore postdottorato LLNL Jonathan Hopkins, che ora è assistente professore di meccanica aerospaziale e ingegneria all'UCLA, e lo studente estivo Adam Song ha progettato le porte di flessione del dispositivo che consentono al sistema di piegarsi e muoversi.

Panas, ricercatore principale del progetto, ha detto che le flessioni si comportano come interruttori. Le flessioni sono incatenate insieme e, quando stimolato, attivare una cascata di configurazioni che possono essere utilizzate per eseguire calcoli di logica meccanica senza alimentazione esterna. Le porte stesse funzionano a causa dello spostamento, ricevendo un segnale binario esterno da un trasduttore, come un impulso di pressione o un impulso di luce da un cavo in fibra ottica e l'esecuzione di un calcolo logico. Il risultato si traduce in movimento, creando un effetto domino in tutte le porte che modifica fisicamente la forma del dispositivo.

"Molti progetti di logica meccanica hanno limitazioni sostanziali e ci si imbatte in progetti fantasiosi che non possono essere fabbricati, " Panas ha detto. "Quello che stiamo facendo è usare queste flessioni, questi elementi flessibili stampati in 3D, che cambia il modo in cui la struttura logica può andare insieme. Alla fine ci siamo resi conto che avevamo bisogno di una configurazione della logica di spostamento (per trasferire le informazioni). Sorprendentemente, ha funzionato davvero".

L'azione di instabilità delle flessioni consente di preprogrammare la struttura o memorizzare informazioni senza la necessità di un flusso di energia ausiliario, Panas ha detto, rendendoli adatti ad ambienti ad alto irraggiamento, temperatura o pressioni. Panas ha affermato che le porte logiche potrebbero essere utilizzate per raccogliere le letture della temperatura nei vaccini o negli alimenti e notificare quando sono state raggiunte determinate soglie, o all'interno di ponti per raccogliere dati sul carico strutturale, Per esempio.

"Lo vediamo come una semplice logica inserita in materiali ad alto volume, potenzialmente ottenere letture in luoghi in cui normalmente non è possibile ottenere dati, " ha detto Panas.

All'UCLA, Hopkins ha utilizzato un processo di stampa 3D chiamato stereolitografia a due fotoni, dove un laser esegue la scansione all'interno di un polimero liquido fotopolimerizzabile che polimerizza e indurisce dove il laser brilla, per stampare una serie di porte a un livello inferiore al micron.

"Una volta stampata la struttura, lo abbiamo poi deformato in posizione utilizzando diversi laser che fungono da pinzette ottiche, "Ho spiegato Hopkins. "Abbiamo quindi azionato gli interruttori utilizzando anche quelle pinzette ottiche. È un nuovo approccio rivoluzionario per realizzare questi materiali su microscala".

Il progetto è stato guidato dalla modellazione computazionale del comportamento di instabilità delle porte, e sebbene siano stati progettati in due dimensioni, Pascall ha detto che vorrebbe passare al 3-D. Pascall spera che la tecnologia possa essere utilizzata per progettare in modo sicuro, sistemi di controllo personalizzati, e detti piani sono di rilasciare il design come open source. La tecnologia potrebbe anche essere uno strumento didattico per gli studenti, chi potrebbe stampare le proprie porte logiche utilizzando stampanti 3D commerciali e imparare come funzionano i computer, Ha aggiunto.