Mechanischer Computer aus Kirigami-Polymerkuben: Speicherung ohne Elektronik

BerlinForscher der North Carolina State University haben einen Computer entwickelt, der völlig ohne elektronische Bauteile auskommt. Stattdessen basiert das Design auf dem Falten von Papier mit verbundenen Plastikwürfeln. Dieses System kann mechanisch Daten speichern, abrufen und löschen.

Dieser mechanische Computer funktioniert mit Systemen, die mehrere stabile Zustände haben können. Diese Strukturen können in verschiedenen Konfigurationen stabil bleiben. Hier ist eine kurze Zusammenfassung:

• Robuste Polymerwürfel mit einer Kantenlänge von 1 Zentimeter
• 64 verbundene Würfel bilden funktionale Einheiten
• Manipulation durch mechanische oder magnetische Kräfte

Die Würfel fungieren als grundlegende Recheneinheiten und repräsentieren, je nach ihrer Position, entweder eine 1 oder eine 0. Wenn ein Würfel angehoben oder abgesenkt wird, ändert sich die Datenlage im System. Das Design basiert auf Prinzipien des Kirigami, dem Schneiden und Falten von Papier. Forscher haben diese Techniken auf dreidimensionale Materialien angewendet, um die Würfel zu erschaffen.

Das System besteht aus 64 miteinander verbundenen Würfeln. Diese Würfel können zu größeren Gruppen kombiniert werden, um komplexere Aufgaben zu lösen. Sie sind durch dünnes, dehnbares Band miteinander verbunden. Benutzer ziehen das Band, um die Würfel zu bewegen. Wenn das Band wieder auf seine ursprüngliche Größe zurückkehrt, fixiert es die Würfel sowie die Daten.

Jie Yin, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der NC State, ist der Meinung, dass das System über die grundlegende Datenverarbeitung hinausgehen kann. Er erklärt, dass Würfel mehr als nur zwei Zustände haben können, zum Beispiel fünf oder mehr. Dadurch könnten sie nicht nur die Werte 1 oder 0, sondern auch 2, 3 oder 4 darstellen. Dies würde es dem System ermöglichen, mehr Daten zu verarbeiten.

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Die Forscher haben Würfel in fünf verschiedenen Zuständen in ihrem neuen System getestet. Jede Gruppe von 64 Würfeln kann viele unterschiedliche Designs bilden. Dies ermöglicht fortschrittlicheres Computing als nur binären Code. Der aktuelle Fortschritt sieht vielversprechend aus, aber die notwendige Codierung, um diese Designs vollständig zu nutzen, fehlt noch. Sie sind offen für die Zusammenarbeit mit anderen Forschern, um diesen Ansatz weiter zu erkunden.

Ein faszinierender Anwendungsbereich ist die 3D-Verschlüsselung oder -Entschlüsselung, bei der eine spezielle Anordnung dieser funktionalen Einheiten als 3D-Passwort fungieren kann. Yanbin Li, Postdoktorand an der NC State, betont die hohe Informationsdichte. Schon eine einfache Metastruktur mit neun funktionalen Einheiten kann über 362.000 verschiedene Konfigurationen erzeugen.

Das System kann aus der Ferne gesteuert werden. Eine magnetische Platte oben ermöglicht es den Nutzern, die Würfel zu bewegen. Dadurch kann das System vielseitig eingesetzt werden, etwa zur sicheren Datenspeicherung und Verschlüsselung von Informationen.

Forscher sehen Potenzial in der Entwicklung von berührungsbasierten Systemen. Diese Systeme könnten Informationen statt auf einem Bildschirm in drei Dimensionen darstellen, sodass Nutzer Daten durch Berührung interaktiv erleben können.

Diese Forschung wurde von der National Science Foundation mit den Förderungen 2005374, 2126072 und 2231419 finanziert.