Un gruppo di ricerca internazionale che comprende il Los Alamos National Laboratory e l'Università di Tel Aviv ha sviluppato un metamateriale meccanico unico che, come un computer che segue le istruzioni, può ricordare l'ordine delle azioni eseguite su di esso. Chiamato Chaco, dal nome del sito archeologico nel New Mexico settentrionale, il nuovo metamateriale apre la strada verso applicazioni nell'archiviazione della memoria, nella robotica e persino nell'informatica meccanica.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications .
"Se tiri un elastico e poi lo giri, ottieni lo stesso risultato che se lo avessi ruotato e poi tirato. I materiali comuni rispondono allo stesso modo a una sequenza di manipolazioni meccaniche indipendentemente dal loro ordine", ha detto Cristiano Nisoli, scienziato a Los Alamos.
"Tuttavia, Chaco mostra un comportamento dipendente dalla storia e ricorda le operazioni passate. Quella memoria è tipica dei sistemi magnetici piuttosto che meccanici; abbiamo esplicitamente progettato Chaco come l'analogo meccanico di un nano-magnete, chiamato Shakti. La nostra idea era che Chaco potesse ereditare il magnetismo proprietà della memoria tipicamente assenti nella meccanica."
Il concetto di frustrazione, tipico dei sistemi magnetici esotici, ha ispirato il design di Chaco e ne è alla base le proprietà di memoria. È possibile impedire ai magneti di raggiungere uno stato semplice e ordinato mediante frustrazione geometrica se i loro momenti magnetici sono progettati strategicamente. Allo stesso modo, gli elementi costitutivi tridimensionali di Chaco sono disposti in modi incompatibili che impediscono loro di sistemarsi facilmente in una configurazione ordinata e a basso consumo energetico.
"Questa disposizione genera una molteplicità di stati interni, in cui la memoria può essere codificata", ha affermato Chaviva Sirote-Katz, dottoranda presso l'Università di Tel Aviv.
Chaco è stato progettato presso la Divisione Teorica di Los Alamos e realizzato presso l'Università di Tel Aviv. Nisoli ha proposto il progetto iniziale attingendo alla sua esperienza nella progettazione di nanomagneti artificiali frustrati. Carl Merrigan e Yair Shokef, dell'Università di Tel Aviv, hanno finalizzato il progetto durante una visita al Centro per gli studi non lineari di Los Alamos. Il gruppo si era reso conto che il fondamento matematico della frustrazione magnetica poteva essere trasferito alla metameccanica, con una fenomenologia esotica simile.
Come fa Chaco a riconoscere una sequenza di azioni? La chiave è la natura non abeliana del materiale, il che significa che l'ordine delle operazioni è essenziale per la risposta del materiale.
"Questo materiale è come un dispositivo di archiviazione di memoria meccanica in grado di ricordare una sequenza di input", ha affermato Dor Shohat, uno studente di dottorato presso l'Università di Tel Aviv nel gruppo di Yoav Lahini.
"Ognuno dei suoi elementi meccanici ha due stati stabili, proprio come un singolo bit di memoria magnetica. Capovolgere due unità all'interno del materiale può portare a uno stato finale, ma capovolgere queste due unità nell'ordine inverso porterebbe a uno stato finale diverso ."
I ricercatori hanno utilizzato questa capacità per codificare le informazioni nella sequenza delle azioni. Osservando lo stato finale del materiale si recuperano le informazioni.
"Il campo della metameccanica promette nuovi materiali intelligenti in base alla progettazione", ha affermato Nisoli. "Nella divisione Teorica, stavamo facendo qualcosa di simile progettando nuovi nanomagneti. E ora, impregnando i materiali meccanici con le proprietà e le funzionalità esotiche associate ai magneti, abbiamo aperto una nuova direzione di progettazione nella metameccanica."
