Prenant une page du passé, Les scientifiques et les ingénieurs du Lawrence Livermore National Laboratory combinent l'informatique mécanique avec l'impression 3D dans le cadre d'un effort visant à créer des matériaux « sensibles » qui peuvent répondre aux changements de leur environnement, même dans des environnements extrêmes qui détruiraient les composants électroniques, comme un rayonnement élevé, chaleur ou pression.

Ordinateurs d'origine, comme le moteur de différence de Charles Babbage, étaient entièrement mécaniques, rempli d'engrenages et de leviers qui tournaient, déplacé et déplacé pour résoudre des calculs mathématiques complexes. Après la Seconde Guerre mondiale et l'essor des tubes à vide et des circuits électroniques, les ordinateurs mécaniques ont pour la plupart suivi le chemin du dodo.

Cependant, donner une nouvelle tournure à l'ancienne technologie, Chercheurs et collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) de l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA) imprime en 3D des portes logiques mécaniques, les éléments de base des ordinateurs capables d'effectuer tout type de calculs mathématiques.

Comme les LEGO, ces portes logiques imprimées en 3D pourraient être utilisées pour construire à peu près n'importe quoi, les chercheurs ont dit, intégré dans tout type de matériau architecturé et programmé pour réagir à son environnement en changeant physiquement de forme sans avoir besoin d'électricité - utile dans les zones à fort rayonnement, chaleur ou pression. La recherche a été publiée en ligne aujourd'hui par la revue Communication Nature .

"Certaines applications électriques sont limitées, alors qu'avec ce système, le matériau pourrait complètement se reconfigurer, " a déclaré le chercheur principal Andy Pascall. " Si vous insérez des portes logiques dans le matériel, ce matériau pouvait ressentir quelque chose à propos de son environnement. C'est une façon d'avoir un matériel réactif; nous aimons l'appeler un matériau « sensible », qui pourrait avoir des réponses compliquées à la température, pression, etc. L'idée est que c'est au-delà d'être intelligent. Il répond de manière contrôlée, manière précise."

Portes logiques mécaniques, bien qu'il ne soit pas aussi puissant que les ordinateurs classiques, pourrait s'avérer utile dans les rovers envoyés dans des environnements hostiles tels que Vénus, ou dans des ordinateurs de faible puissance destinés à survivre aux explosions d'impulsions nucléaires ou électromagnétiques qui détruiraient les appareils électroniques, les chercheurs ont dit. Dans un rover vénusien, Pascall a déclaré que les scientifiques pourraient mettre en œuvre un système de contrôle, donc si le rover devenait trop chaud, le matériau pourrait ouvrir ses pores pour laisser entrer plus de liquide de refroidissement, sans électricité nécessaire.

Les dispositifs pourraient également être utilisés dans des robots envoyés pour collecter des informations sur les réacteurs nucléaires (par exemple, Fukushima) ou, en apparaissant comme tout type de matériel, pourrait être dissimulé à l'intérieur de n'importe quel type de structure imaginable.

"Ce qui est bien avec notre design, c'est qu'il n'est pas limité en échelle, " a déclaré Pascall. " Nous pouvons descendre à un ordre de plusieurs microns jusqu'à ce que vous en avez besoin, et il peut être rapidement prototypé. Ce serait une tâche difficile sans l'impression 3D."

Ingénieur de recherche LLNL Robert Panas, l'ancien chercheur postdoctoral du LLNL Jonathan Hopkins, qui est maintenant professeur adjoint d'aérospatiale mécanique et d'ingénierie à l'UCLA, et l'étudiant d'été Adam Song ont conçu les portes flexibles de l'appareil qui permettent au système de se plier et de se déplacer.

Panas, le chercheur principal du projet, dit que les flexions se comportent comme des interrupteurs. Les flexions sont enchaînées et, lorsqu'il est stimulé, déclencher une cascade de configurations qui peuvent être utilisées pour effectuer des calculs de logique mécanique sans alimentation externe. Les portes elles-mêmes fonctionnent en raison du déplacement, capter un signal binaire externe d'un transducteur, tel qu'une impulsion de pression ou une impulsion de lumière provenant d'un câble à fibre optique et effectuer un calcul logique. Le résultat se traduit en mouvement, créant un effet domino à travers toutes les portes qui change physiquement la forme de l'appareil.

« De nombreuses conceptions de logique mécanique ont des limites substantielles et vous rencontrez des conceptions fantaisistes qui ne pourraient pas être fabriquées, " a déclaré Panas. " Ce que nous faisons, c'est d'utiliser ces flexions, ces éléments souples imprimés en 3D, ce qui change la façon dont la structure logique peut aller ensemble. Nous avons finalement réalisé que nous avions besoin d'une configuration de logique de déplacement (pour transférer des informations). Étonnamment, ça a vraiment fonctionné."

L'action de flambement des flexions permet à la structure d'être préprogrammée ou de stocker des informations sans avoir besoin d'un flux d'énergie auxiliaire, Panas a dit, ce qui les rend bien adaptés aux environnements à fort rayonnement, température ou pressions. Panas a déclaré que les portes logiques pourraient être utilisées pour collecter des lectures de température dans les vaccins ou les aliments et notifier lorsque certains seuils ont été atteints, ou à l'intérieur des ponts pour collecter des données sur la charge structurelle, par exemple.

« Nous voyons cela comme une simple logique mise en œuvre dans des matériaux à grand volume, obtenir potentiellement des lectures dans des endroits où vous ne pouvez normalement pas obtenir de données, " dit Panas.

A l'UCLA, Hopkins a utilisé un processus d'impression 3D appelé stéréolithographie à deux photons, où un laser balaie dans un polymère liquide photodurcissable qui durcit et durcit là où le laser brille, pour imprimer un ensemble de portes à un niveau submicronique.

"Une fois la structure imprimée, nous l'avons ensuite déformé en place à l'aide de différents lasers faisant office de pinces optiques, " expliqua Hopkins. " Nous avons ensuite actionné les commutateurs à l'aide de ces pincettes optiques également. C'est une nouvelle approche révolutionnaire pour fabriquer ces matériaux à l'échelle microscopique. »

La conception a été guidée par la modélisation informatique du comportement de flambement des portes, et bien qu'ils aient été conçus en deux dimensions, Pascall a dit qu'il aimerait passer à 3-D. Pascall espère que la technologie pourra être utilisée pour concevoir des systèmes de contrôle personnalisés, et lesdits plans sont de publier le design en open source. La technologie pourrait également être un outil d'enseignement pour les étudiants, qui pourraient imprimer leurs propres portes logiques à l'aide d'imprimantes 3D commerciales et découvrir le fonctionnement des ordinateurs, il ajouta.