Mechanischer Computer setzt auf Kirigami-Würfel statt auf Elektronik

• Mechanischer Computer arbeitet mit Kirigami-Würfeln ohne elektronische Bauteile

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    • Forscher: Jie Yin, Yanbin Li, Matt Shipman
    • Institution: North Carolina State University
  • Ein Forschungsteam der North Carolina State University hat einen von Kirigami inspirierten mechanischen Computer entwickelt, der Daten ohne elektronische Bauteile speichern, abrufen und löschen kann.
  • Das System verfügt über eine reversible Funktion, mit der sich steuern lässt, wann Daten bearbeitet werden dürfen und wann sie fixiert werden sollen.

• Was ist ein mechanischer Computer?

  • Ein mechanischer Computer ist ein Computer, der statt elektronischer Bauteile mechanische Komponenten verwendet.
  • Historisch wurden dafür mechanische Komponenten wie Hebel oder Zahnräder eingesetzt.
  • Mechanische Computer lassen sich auch mit Strukturen realisieren, die mehrere stabile Zustände besitzen.

• Ziel der Forschung

  • Entwicklung eines stabilen mechanischen Systems zur Speicherung von Daten.
  • Fokus auf eine binäre Rechenfunktion, bei der Würfel nach oben oder unten gedrückt werden.
  • Da die Würfel mehr als fünf verschiedene Zustände annehmen können, eröffnet sich das Potenzial für komplexere Rechenmodelle.

• Grundeinheit des neuen mechanischen Computers

  • Eine Funktionseinheit besteht aus 64 miteinander verbundenen Kunststoffwürfeln mit einer Kantenlänge von 1 cm.
  • Dabei werden Kirigami-Prinzipien auf dreidimensionale Materialien angewendet, um die verbundenen Würfel zu erzeugen.
  • Wird ein Würfel nach oben oder unten gedrückt, verändert sich die Struktur aller verbundenen Würfel.
  • Die Würfel können physisch gedrückt oder mithilfe einer Magnetplatte aus der Ferne betätigt werden.
  • Mehrere Funktionseinheiten mit je 64 Würfeln lassen sich zu komplexeren Metastrukturen kombinieren.

• So werden Daten bearbeitet

  • Dazu muss die Konfiguration der Funktionseinheit verändert werden.
  • Man zieht an den Rändern der Metastruktur, dehnt dadurch ein elastisches Band und drückt anschließend die Würfel.
  • Lässt man die Metastruktur los, zieht sich das Band zusammen und fixiert Würfel und Daten.

• Potenzielle Anwendungen

  • Dreidimensionale mechanische Verschlüsselung oder Entschlüsselung ist möglich.
  • Eine einfache Metastruktur aus neun Funktionseinheiten besitzt in einem binären Framework mehr als 362.000 mögliche Konfigurationen.
  • Es besteht Potenzial für die Entwicklung von Rechenmodellen, die über Binärcode hinausgehen.
  • Auch die Entwicklung haptischer Systeme, die Informationen in einem dreidimensionalen Kontext darstellen, ist möglich.

• Informationen zur Forschungsarbeit

  • Titel der Arbeit: "Reprogrammable and Reconfigurable Mechanical Computing Metastructures with Stable and High-Density Memory"
  • Autoren: Yanbin Li, Shuangyue Yu, Haitao Qing, Yaoye Hong, Yao Zhao, Fangjie Qi, Hao Su, Jie Yin
  • Veröffentlichungsdatum: 26. Juni 2024
  • Journal: Science Advances
  • DOI: 10.1126/sciadv.adk7220

Meinung von GN⁺

• Der Artikel ist interessant, weil er einen neuen Weg aufzeigt, Daten ohne elektronische Bauteile mechanisch zu verarbeiten.
• Die potenziellen Anwendungen mechanischer Computer reichen über verschiedene Bereiche wie Verschlüsselung, Entschlüsselung und haptische Systeme.
• Da diese Technologie unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen ist, könnte sie eine stabile Datenspeicherung und -verarbeitung ermöglichen.
• Im Vergleich zu herkömmlichen elektronischen Computern könnte sie energieeffizienter sein.
• Bei der Einführung dieser Technologie sollten jedoch Fragen der mechanischen Haltbarkeit und Wartung berücksichtigt werden.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Es gab die Frage, ob die Logikgatter tatsächlich funktionieren

  • Im Video wird nur gezeigt, wie Bits durch direkte Manipulation umgeschaltet werden
  • In Abbildung 8 (C und D), die den Betrieb der Logikgatter zeigt, wird bestätigt, dass die Logikgatter-Operationen „OR“ und „AND“ erreicht wurden

• Diese Proof-of-Concept-Arbeit konzentriert sich auf die binäre Rechenfunktion, bei der Würfel nach oben oder unten gedrückt werden

  • Ein Würfel kann 1 oder 0 sein
  • Sie deutet komplexere Rechenmöglichkeiten an
  • Es wird bewiesen, dass Würfel mehr als fünf Zustände haben können
  • Theoretisch kann ein Würfel nicht nur 1 oder 0, sondern auch 2, 3 oder 4 übertragen

• Es gab die Frage, ob dies die Grenze zwischen analogem und digitalem Rechnen überschreitet

  • Die Erklärung klang, als würde sie ein unvollständig beschriebenes analoges Computersystem darstellen

• Ein mechanischer Computer ist ein Computer, der mit mechanischen statt elektronischen Bauteilen arbeitet

  • Elektronen sind etwa tausendmal leichter als Nukleonen
  • Daher würde ein mechanischer Computer immer mehr Energie verbrauchen als ein elektronischer Computer
  • Denn ein mechanischer Computer muss Atome bewegen, um zu funktionieren

• Es gab die Meinung, dass man sich als Milliardär gern einen großen Raum im Haus für Computer aus der Zeit vor der Elektrizität bauen würde

  • Mit der allgemeinen Verbreitung von Transistoren wurden viele Dinge fast trivial
  • Dinge wie The Writer Automaton waren schon immer faszinierend

• Es gab die Frage, ob solche Computer für harsche Umgebungen wie Rover auf der Venus geeignet wären

• Es gab die Frage, ob es einen Fall gab, in dem die Gesellschaft mit „mechanischer Berechnung“ auf funktionierenden Chips neu gestartet wurde

  • Wie man in einer Situation, in der ein planetenweites EM-Ereignis sämtliche Berechnung stoppt, Fabriken wie TSMC wieder in Betrieb nimmt
  • Wie man die Lebensmittelproduktion aufrechterhält
  • Ob eine Erholung von null nur mit mechanischen Computern und grundlegenden Anleitungen möglich wäre

• Es gab die Frage, wofür solche Computer eingesetzt werden könnten

  • Möglicher Einsatz bei hoher Strahlung oder in anderen extremen Umgebungen

• Ein Link zum Paper wurde geteilt (nicht Open Source)

  • Paper-Link

• Es gab die Meinung, dass es an QAM erinnert

• Es gab die Meinung, dass es sich anfühlt, als würde man Neal Stephensons The Diamond Age in der Realität sehen