Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte desenvolveram um computador mecânico inspirado no kirigami que usa uma estrutura complexa de cubos de polímero rígidos e interconectados para armazenar, recuperar e apagar dados sem depender de componentes eletrônicos. O sistema também inclui um recurso reversível que permite aos usuários controlar quando a edição de dados é permitida e quando os dados devem ser bloqueados no local. Computadores mecânicos são computadores que operam usando componentes mecânicos em vez de eletrônicos. Historicamente, esses componentes mecânicos têm sido coisas como alavancas ou engrenagens. No entanto, os computadores mecânicos também podem ser feitos usando estruturas que são multiestáveis, o que significa que eles têm mais de um estado estável – pense em qualquer coisa que possa ser dobrada em mais de uma posição estável.
“Estávamos interessados em fazer algumas coisas aqui”, diz Jie Yin, coautor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State. “Primeiro, estávamos interessados em desenvolver um sistema mecânico estável para armazenar dados. “Em segundo lugar, esse trabalho de prova de conceito se concentrou em funções de computação binária com um cubo sendo empurrado para cima ou para baixo – é um 1 ou um 0. Mas achamos que há potencial aqui para computação mais complexa, com dados sendo transmitidos pela altura em que um determinado cubo foi empurrado para cima. Mostramos dentro desse sistema de prova de conceito que os cubos podem ter cinco ou mais estados diferentes. Teoricamente, isso significa que um determinado cubo pode transmitir não apenas um 1 ou um 0, mas também um 2, 3 ou 4.”
As unidades fundamentais do novo computador mecânico são cubos plásticos de 1 centímetro, agrupados em unidades funcionais constituídas por 64 cubos interligados. O design dessas unidades foi inspirado no kirigami, que é a arte de cortar e dobrar papel. Yin e seus colaboradores aplicaram os princípios do kirigami a materiais tridimensionais que são cortados em cubos conectados. Quando qualquer um dos cubos é empurrado para cima ou para baixo, isso altera a geometria – ou arquitetura – de todos os cubos conectados. Isso pode ser feito empurrando fisicamente para cima ou para baixo em um dos cubos, ou anexando uma placa magnética ao topo da unidade funcional e aplicando um campo magnético para empurrá-la remotamente para cima ou para baixo. Essas unidades funcionais de 64 cubos podem ser agrupadas em metaestruturas cada vez mais complexas que permitem armazenar mais dados ou realizar cálculos mais complexos.
Os cubos são conectados por tiras finas de fita elástica. Para editar dados, você precisa alterar a configuração de unidades funcionais. Isso exige que os usuários puxem as bordas da metaestrutura, o que estica a fita elástica e permite que você empurre cubos para cima ou para baixo. Quando você libera a metaestrutura, a fita se contrai, bloqueando os cubos — e os dados — no lugar. “Uma aplicação potencial para isso é que ela permite que os usuários criem criptografia ou descriptografia mecânica tridimensional”, diz Yanbin Li, primeiro autor do artigo e pesquisador de pós-doutorado na NC State. “Por exemplo, uma configuração específica de unidades funcionais poderia servir como uma senha 3D. “E a densidade de informações é muito boa”. “Usando uma estrutura binária – onde os cubos estão para cima ou para baixo – uma metaestrutura simples de 9 unidades funcionais tem mais de 362.000 configurações possíveis.”
“Mas não estamos necessariamente limitados a um contexto binário”. “Cada unidade funcional de 64 cubos pode ser configurada em uma ampla variedade de arquiteturas, com cubos empilhados até cinco cubos de altura. Isso permite o desenvolvimento de computação que vai muito além do código binário. Nosso trabalho de prova de conceito aqui demonstra o alcance potencial dessas arquiteturas, mas não desenvolvemos código que capitalize essas arquiteturas. Estaríamos interessados em colaborar com outros pesquisadores para explorar o potencial de codificação dessas metaestruturas.” “Também estamos interessados em explorar a utilidade potencial dessas metaestruturas para criar sistemas hápticos que exibem informações em um contexto tridimensional, em vez de como pixels em uma tela”, diz Li.