Tomando una página del pasado Los científicos e ingenieros del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore están combinando la computación mecánica con la impresión 3-D como parte de un esfuerzo por crear materiales "sensibles" que puedan responder a los cambios en su entorno. incluso en entornos extremos que destruirían componentes electrónicos, como alta radiación, calor o presión.

Computadoras originales, como el motor diferencial de Charles Babbage, eran completamente mecánicos, lleno de engranajes y palancas que giraban, movido y cambiado para resolver cálculos matemáticos complejos. Después de la Segunda Guerra Mundial y el auge de los tubos de vacío y los circuitos electrónicos, las computadoras mecánicas en su mayoría siguieron el camino del dodo.

Sin embargo, dando un nuevo giro a la vieja tecnología, Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y colaboradores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) son puertas lógicas mecánicas que imprimen en 3D, los componentes básicos de las computadoras capaces de realizar cualquier tipo de cálculo matemático.

Como LEGOs, estas puertas lógicas impresas en 3-D podrían usarse para construir casi cualquier cosa, los investigadores dijeron, incrustado en cualquier tipo de material arquitectónico y programado para reaccionar a su entorno cambiando físicamente de forma sin necesidad de electricidad, útil en áreas de alta radiación, calor o presión. La investigación fue publicada hoy en línea por la revista Comunicaciones de la naturaleza .

"Algunas aplicaciones eléctricas son limitadas, mientras que con este sistema, el material podría reconfigurarse por completo, ", dijo el investigador principal Andy Pascall." Si incrustas puertas lógicas en el material, ese material podría sentir algo sobre su entorno. Es una forma de tener un material receptivo; nos gusta llamarlo un material 'sensible', que podría tener respuestas complicadas a la temperatura, presión, etc. La idea es que va más allá de ser inteligente. Está respondiendo de forma controlada manera precisa ".

Puertas lógicas mecánicas, aunque no es tan potente como las computadoras típicas, podría resultar útil en rovers enviados a entornos hostiles como Venus, o en computadoras de baja potencia destinadas a sobrevivir a explosiones de pulsos nucleares o electromagnéticos que destruirían dispositivos electrónicos, dijeron los investigadores. En un rover venusino, Pascall dijo que los científicos podrían implementar un sistema de control para que si el rover se calentara demasiado, el material podría abrir sus poros para permitir la entrada de más refrigerante, sin necesidad de electricidad.

Los dispositivos también podrían usarse en robots enviados para recopilar información sobre reactores nucleares (por ejemplo, Fukushima) o, apareciendo como cualquier tipo de material, podría ocultarse dentro de casi cualquier tipo de estructura imaginable.

"Lo bueno de nuestro diseño es que no está limitado en escala, ", Dijo Pascall." Podemos reducir a un orden de varios micrones hasta el tamaño que necesite, y puede ser rápidamente prototipado. Esta sería una tarea difícil sin la impresión 3D ".

El ingeniero de investigación de LLNL Robert Panas, ex investigador postdoctoral de LLNL Jonathan Hopkins, quien ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en UCLA, y el estudiante de verano Adam Song diseñaron las puertas de flexión del dispositivo que permiten que el sistema se doble y se mueva.

Panas, el investigador principal del proyecto, dijo que las flexiones se comportan como interruptores. Las flexiones están encadenadas y, cuando se estimula, desencadenar una cascada de configuraciones que se pueden utilizar para realizar cálculos de lógica mecánica sin alimentación externa. Las propias puertas funcionan debido al desplazamiento, recibir una señal binaria externa de un transductor, como un pulso de presión o un pulso de luz de un cable de fibra óptica y realizar un cálculo lógico. El resultado se traduce en movimiento, creando un efecto dominó en todas las puertas que cambia físicamente la forma del dispositivo.

"Muchos diseños de lógica mecánica tienen limitaciones sustanciales y te encuentras con diseños fantásticos que no se pueden fabricar, ", Dijo Panas." Lo que estamos haciendo es utilizar estas flexiones, estos elementos flexibles impresos en 3D, lo que cambia la forma en que la estructura lógica puede ir unida. Eventualmente nos dimos cuenta de que necesitábamos una configuración lógica de desplazamiento (para transferir información). Asombrosamente, realmente funcionó ".

La acción de pandeo de las flexiones permite preprogramar la estructura o almacenar información sin necesidad de un flujo de energía auxiliar. Panas dijo:haciéndolos adecuados para entornos con alta radiación, temperatura o presiones. Panas dijo que las puertas lógicas podrían usarse para recopilar lecturas de temperatura en vacunas o alimentos y notificar cuando se hayan alcanzado ciertos umbrales. o puentes interiores para recopilar datos sobre cargas estructurales, por ejemplo.

"Vemos esto como una simple lógica que se aplica a materiales de gran volumen, potencialmente obtener lecturas en lugares donde normalmente no se pueden obtener datos, "Dijo Panas.

En UCLA, Hopkins utilizó un proceso de impresión 3-D llamado estereolitografía de dos fotones, donde un láser escanea dentro de un polímero líquido fotocurable que cura y endurece donde el láser brilla, para imprimir un conjunto de puertas a un nivel submicrónico.

"Una vez impresa la estructura, luego lo deformamos en su lugar usando diferentes láseres que actúan como pinzas ópticas, "Explicó Hopkins." Luego activamos los interruptores usando esas pinzas ópticas también. Es un nuevo enfoque revolucionario para fabricar estos materiales a microescala ".

El diseño se basó en el modelado computacional del comportamiento de pandeo de las puertas, y aunque fueron diseñados en dos dimensiones, Pascall dijo que le gustaría pasar a 3-D. Pascall espera que la tecnología se pueda utilizar para diseñar de forma segura, sistemas de control personalizados, y dichos planes son lanzar el diseño como código abierto. La tecnología también podría ser una herramienta de enseñanza para los estudiantes, ¿Quién podría imprimir sus propias puertas lógicas utilizando impresoras 3D comerciales y aprender cómo funcionan las computadoras? añadió.