Un equipo de investigación internacional que incluye el Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Universidad de Tel Aviv ha desarrollado un metamaterial mecánico único que, como una computadora que sigue instrucciones, puede recordar el orden de las acciones realizadas en él. Llamado Chaco, en honor al sitio arqueológico en el norte de Nuevo México, el nuevo metamaterial ofrece una ruta hacia aplicaciones en almacenamiento de memoria, robótica e incluso computación mecánica.
La investigación ha sido publicada en Nature Communications .
"Si tiras de una goma elástica y luego la giras, obtienes el mismo resultado que si la hubieras torcido y luego tirado. Los materiales comunes responden de la misma manera a una secuencia de manipulaciones mecánicas independientemente de su orden", afirmó Cristiano Nisoli, científico en Los Álamos.
"Sin embargo, Chaco exhibe un comportamiento dependiente de la historia y recuerda operaciones pasadas. Esa memoria es típica de los sistemas magnéticos más que mecánicos; diseñamos explícitamente a Chaco como el análogo mecánico de un nanoimán, llamado Shakti. Nuestra idea era que Chaco podría heredar el sistema magnético. propiedades de memoria típicamente ausentes en la mecánica."
El concepto de frustración, típico de los sistemas magnéticos exóticos, inspiró el diseño de Chaco y sustenta sus propiedades de memoria. Se puede evitar que los imanes alcancen un estado simple y ordenado mediante frustración geométrica si sus momentos magnéticos están estratégicamente diseñados. De manera similar, los bloques de construcción tridimensionales de Chaco están dispuestos de maneras incompatibles que les impiden establecerse fácilmente en una configuración ordenada y de baja energía.
"Esta disposición genera una variedad de estados internos en los que se puede codificar la memoria", dijo Chaviva Sirote-Katz, estudiante de doctorado en la Universidad de Tel Aviv.
Chaco fue diseñado en la división Teórica de Los Álamos y realizado en la Universidad de Tel Aviv. Nisoli propuso el diseño inicial basándose en su experiencia en el diseño de nanoimanes artificiales frustrados. Carl Merrigan y Yair Shokef, de la Universidad de Tel Aviv, finalizaron el diseño mientras visitaban el Centro de Estudios No Lineales en Los Álamos. El grupo se había dado cuenta de que la base matemática de la frustración magnética podría trasladarse a la metamecánica, con una fenomenología exótica similar.
¿Cómo reconoce Chaco una secuencia de acciones? La clave es la naturaleza no abeliana del material, lo que significa que el orden de las operaciones es esencial para la respuesta del material.
"Este material es como un dispositivo mecánico de almacenamiento de memoria que puede recordar una secuencia de entradas", dijo Dor Shohat, estudiante de doctorado en la Universidad de Tel Aviv en el grupo de Yoav Lahini.
"Cada uno de sus componentes mecánicos tiene dos estados estables, como un solo bit de memoria magnética. Invertir dos unidades dentro del material puede llevar a un estado final, pero invertir esas dos unidades en el orden inverso conduciría a un estado final diferente. ."
Los investigadores utilizaron esta capacidad para codificar información en la secuencia de acciones. La observación del estado final del material recupera la información.
"El campo de la metamecánica ha prometido nuevos materiales inteligentes por diseño", dijo Nisoli. "En la división Teórica, habíamos estado haciendo algo similar al diseñar nuevos nanoimanes. Y ahora, al dotar a los materiales mecánicos de las exóticas propiedades y funcionalidades asociadas con los imanes, hemos abierto una nueva dirección de diseño en metamecánica".
