Saturday, 13 Jul 2024

Kirigami Cubes Membuka Masa Depan Komputasi Mekanik

RisalahPos
27 Jun 2024 01:45
5 minutes reading

Para peneliti menciptakan komputer mekanis yang terinspirasi kirigami menggunakan kubus polimer yang saling berhubungan, yang mampu menyimpan dan memanipulasi data dalam berbagai kondisi stabil, menawarkan landasan untuk komputasi mekanis canggih dan enkripsi tanpa elektronik. Kredit: SciTechDaily.com

Para peneliti telah mengembangkan komputer mekanis baru yang terinspirasi oleh kirigami, memanfaatkan kubus polimer yang saling berhubungan untuk penyimpanan data tanpa elektronik.

Sistem ini memungkinkan beberapa status stabil, meningkatkan komputasi biner agar berpotensi status data tambahan. Desainnya, memanfaatkan prinsip kirigami, memungkinkan penyimpanan data yang kompleks dan struktur komputasi dengan aplikasi praktis dalam enkripsi mekanis dan sistem haptik.

Inovasi Komputasi Mekanik

Peneliti di Universitas Negeri Carolina Utara telah mengembangkan komputer mekanis yang terinspirasi dari kirigami yang menggunakan struktur kompleks kubus polimer yang kaku dan saling terhubung untuk menyimpan, mengambil, dan menghapus data tanpa bergantung pada komponen elektronik. Sistem ini juga mencakup fitur reversibel yang memungkinkan pengguna untuk mengontrol kapan pengeditan data diizinkan dan kapan data harus dikunci di tempatnya. Sistem ini dalam sebuah makalah, “Metastruktur Komputasi Mekanis yang Dapat Diprogram Ulang dan Dikonfigurasi Ulang dengan Memori yang Stabil dan Berdensitas Tinggi” yang diterbitkan hari ini (26 Juni) dalam jurnal akses terbuka Ilmu Pengetahuan.

Komputer mekanis adalah komputer yang menggunakan komponen mekanis, bukan komponen elektronik. Secara historis, komponen mekanis ini berupa tuas atau roda gigi. Namun, komputer mekanis juga dapat dibuat menggunakan struktur yang bersifat multistabil, yang berarti komputer tersebut memiliki lebih dari satu kondisi stabil – pikirkan apa pun yang dapat dilipat menjadi lebih dari satu posisi stabil.

Menghitung dan Menyimpan Data Menggunakan Kubus 3D

Peneliti North Carolina State University telah mengembangkan komputer mekanis yang terinspirasi kirigami yang menggunakan struktur kompleks kubus polimer kaku yang saling berhubungan untuk menyimpan, mengambil, dan menghapus data tanpa bergantung pada komponen elektronik. Kredit: Yanbin Li, Universitas Negeri NC

Meningkatkan Penyimpanan dan Kompleksitas Data

“Kami tertarik untuk melakukan beberapa hal di sini,” kata Jie Yin, salah satu penulis makalah tentang pekerjaan tersebut dan seorang profesor teknik mesin dan ruang angkasa di NC State. “Pertama, kami tertarik untuk mengembangkan sistem mekanis yang stabil untuk menyimpan data.

“Kedua, pekerjaan konsep ini berfokus pada fungsi komputasi biner dengan kubus yang didorong ke atas atau ke bawah – baik itu 1 atau 0. Namun kami pikir ada potensi di sini untuk komputasi yang lebih kompleks, dengan data yang disampaikan dengan tinggi kubus tertentu telah didorong ke atas. Kami telah menunjukkan dalam sistem pembuktian konsep ini bahwa kubus dapat memiliki lima atau lebih keadaan berbeda. Secara teoritis, ini berarti sebuah kubus tidak hanya dapat menyampaikan angka 1 atau 0, tetapi juga 2, 3, atau 4.”

Desain Terinspirasi oleh Kirigami

Unit dasar komputer mekanis baru ini adalah kubus plastik berukuran 1 sentimeter, dikelompokkan menjadi unit fungsional yang terdiri dari 64 kubus yang saling berhubungan. Desain unit ini terinspirasi dari kirigami, yaitu seni memotong dan melipat kertas. Yin dan kolaboratornya telah menerapkan prinsip kirigami pada material tiga dimensi yang dipotong menjadi kubus yang terhubung.

Ketika salah satu kubus didorong ke atas atau ke bawah, hal ini akan mengubah geometri – atau arsitektur – semua kubus yang terhubung. Hal ini dapat dilakukan dengan mendorong salah satu kubus secara fisik ke atas atau ke bawah, atau dengan pelat magnet ke bagian atas unit fungsional dan menerapkan medan magnet untuk mendorongnya ke atas atau ke bawah dari jarak jauh. Unit fungsional 64 kubus ini dapat dikelompokkan menjadi metastruktur yang semakin kompleks yang memungkinkan penyimpanan lebih banyak data atau untuk melakukan komputasi yang lebih kompleks.

Kubus-kubus tersebut dihubungkan dengan pita tipis elastis. Untuk mengedit data, Anda harus mengubah konfigurasi unit fungsional. Hal ini mengharuskan pengguna untuk menarik tepi metastruktur, yang meregangkan pita elastis dan memungkinkan Anda mendorong kubus ke atas atau ke bawah. Saat Anda melepaskan metastruktur, rekaman itu berkontraksi, mengunci kubus – dan data – di tempatnya.

Potensi Penerapan dan Arah Masa Depan

“Salah satu penerapan potensial untuk hal ini adalah memungkinkan pengguna membuat enkripsi atau dekripsi mekanis tiga dimensi,” kata Yanbin Li, penulis pertama makalah ini dan peneliti pascadoktoral di NC State. “Misalnya, konfigurasi unit fungsional tertentu dapat berfungsi sebagai kata sandi 3D.

“Dan kepadatan informasinya cukup baik,” kata Li. “Menggunakan kerangka biner – di mana kubus berada di atas atau di bawah – metastruktur sederhana dari 9 unit fungsional memiliki lebih dari 362.000 kemungkinan konfigurasi.”

“Tetapi kita tidak terbatas pada konteks biner,” kata Yin. “Setiap unit fungsional yang terdiri dari 64 kubus dapat dikonfigurasi menjadi berbagai macam arsitektur, dengan tumpukan kubus setinggi lima kubus. Hal ini memungkinkan pengembangan komputasi yang melampaui kode biner. Pekerjaan pembuktian konsep kami di sini menunjukkan potensi jangkauan arsitektur ini, namun kami belum mengembangkan kode yang memanfaatkan arsitektur tersebut. Kami tertarik untuk berkolaborasi dengan peneliti lain untuk mengeksplorasi potensi pengkodean dari metastruktur ini.”

Kesimpulan

“Kami juga tertarik untuk mengeksplorasi potensi kegunaan metastruktur ini untuk menciptakan sistem haptik yang menampilkan informasi dalam konteks tiga dimensi, bukan sebagai piksel pada layar,” kata Li.

Referensi: “Metastruktur komputasi mekanis yang dapat diprogram ulang dan dikonfigurasi ulang dengan memori yang stabil dan berkepadatan tinggi” 26 Juni 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.ado6476

Penulis makalah ini adalah Hao Su, seorang profesor teknik mesin dan ruang angkasa di NC State. Makalah ini ditulis bersama oleh Shuangye Yu dan Yaoye Hong, mantan Ph.D. siswa di NC State; Haitao Qing dan Fangjie Qi, Ph.D. siswa di NC State; dan Yao Zhao, mantan peneliti postdoctoral di NC State.

Pekerjaan ini dilakukan dengan dukungan dari National Science Foundation di bawah hibah 2005374, 2126072 dan 2231419.



RisalahPos.com Network