Mechanischer Computer aus Kirigami-Würfeln: Daten ohne Elektronik speichern, abrufen und löschen

BerlinForscher der North Carolina State University haben einen neuen Typ von mechanischem Computer entwickelt. Dieser Computer nutzt spezielle Würfel aus harten Materialien anstelle von elektronischen Bauteilen. Das Team um den außerordentlichen Professor Jie Yin hat diesen Prototypen geschaffen. Die Würfel können Daten speichern, abrufen und löschen, indem sie in verschiedene Positionen gebracht werden.

Mechanische Computer der Zukunft

Diese mechanischen Computer weisen folgende Hauptmerkmale auf:

• 1-cm Kunststoffwürfel, die in Einheiten von 64 miteinander verbundenen Würfeln organisiert sind
• Das Design basiert auf Kirigami, der Kunst des Papierfaltens und -schneidens
• Die Würfel können mehr als fünf verschiedene Zustände einnehmen, nicht nur binär (0 oder 1)
• Veränderungen in der Position eines Würfels beeinflussen die gesamte Struktur
• Zur Datenbearbeitung muss das elastische Band, das die Würfel verbindet, gedehnt werden
• Sie ermöglichen die Erstellung von dreidimensionaler mechanischer Verschlüsselung oder Entschlüsselung
• 64-Würfel-Einheiten können bis zu fünf Würfel hoch gestapelt werden

Das System ist aus verschiedenen Gründen faszinierend. Es speichert Daten, indem es Würfel nach oben oder unten bewegt. Diese Bewegungen verändern die Form der gesamten Würfelgruppe. Eine Magnetplatte kann die Würfel aus der Ferne durch magnetische Felder anstoßen. Die Würfel sind durch ein elastisches Band verbunden, das sie an Ort und Stelle hält, sobald die Daten gesetzt sind.

Yanbin Li, Forscher an der NC State, erläuterte, dass dieses System praktisch anwendbar ist. So können Menschen beispielsweise 3D-Passwörter erstellen, indem sie Würfel in bestimmten Anordnungen platzieren. Mit einer einfachen binären Anordnung lassen sich mehr als 362.000 verschiedene Muster mit neun Würfeln kreieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit für komplexere Berechnungen, da diese Würfel mehrere stabile Zustände aufweisen können.

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Dieses Projekt hat aufgrund seiner hohen Informationskapazität Aufmerksamkeit erregt. Die Würfel können auf komplexere Weise als traditionelle binäre Systeme angeordnet werden. Durch das Stapeln in bis zu fünf Schichten übertreffen sie die üblichen Grenzen der Datenspeicherung und -verarbeitung. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf einfache binäre Berechnungen, aber das Team sieht Potenzial für zukünftige Verbesserungen in der Kodierung.

Ein mechanischer Computer könnte innovative berührungsbasierte Systeme entwickeln, die Informationen in 3D darstellen, anstatt herkömmliche Bildschirme mit Pixeln zu verwenden. Solche Anzeigen könnten neue Interaktionsmöglichkeiten mit Daten bieten.

Das vom National Science Foundation finanzierte Projekt zielt darauf ab, zuverlässigere mechanische Datenspeicher zu entwickeln. Es nutzt mechanische Strukturen anstelle von Elektronik oder Softwarecodes. Künftige Kooperationen könnten neue Programme mit diesen einzigartigen Strukturen erschaffen. Darüber hinaus ermöglichen diese Systeme eine mechanische Kodierung und Dekodierung von Informationen und bieten somit eine alternative Verschlüsselungsmethode.

Forschungsergebnisse zeigen, dass mechanische Systeme zur Datenspeicherung und Verschlüsselung genutzt werden können. Die Arbeit des Teams verdeutlicht, dass Physik und Materialwissenschaften mit der Informatik zusammenarbeiten können. Mit der Weiterentwicklung dieses Bereichs könnte sich unser Verständnis von Daten und Sicherheit grundlegend ändern.

Die erzielten Fortschritte wecken immer neue Anwendungsideen. Forscher werden sich die Programmierung und andere fortgeschrittene Einsatzmöglichkeiten dieser 3D-Formen genauer ansehen. Mit Teamarbeit und weiteren Tests könnte dieses auf Kirigami basierende System bald ein fester Bestandteil der Computertechnologie werden.