Une équipe de recherche internationale comprenant le Laboratoire national de Los Alamos et l'Université de Tel Aviv a développé un métamatériau mécanique unique qui, comme un ordinateur suivant des instructions, peut mémoriser l'ordre des actions effectuées sur lui. Nommé Chaco, d'après le site archéologique du nord du Nouveau-Mexique, le nouveau métamatériau ouvre la voie à des applications dans le stockage de mémoire, la robotique et même l'informatique mécanique.
La recherche a été publiée dans Nature Communications .
"Si vous tirez sur un élastique puis le tournez, vous obtenez le même résultat que si vous l'aviez tordu puis tiré. Les matériaux ordinaires réagissent de la même manière à une séquence de manipulations mécaniques, quel que soit leur ordre", a déclaré Cristiano Nisoli, scientifique à Los Alamos.
"Cependant, Chaco présente un comportement dépendant de l'histoire et se souvient des opérations passées. Cette mémoire est typique des systèmes magnétiques plutôt que mécaniques; nous avons explicitement conçu Chaco comme l'analogue mécanique d'un nano-aimant, appelé Shakti. Notre idée était que Chaco pourrait hériter des systèmes magnétiques. propriétés de mémoire généralement absentes en mécanique."
Le concept de frustration, typique des systèmes magnétiques exotiques, a inspiré la conception du Chaco et sous-tend ses propriétés de mémoire. Les aimants peuvent être empêchés d’atteindre un état simple et ordonné par frustration géométrique si leurs moments magnétiques sont stratégiquement architecturés. De même, les éléments de base tridimensionnels du Chaco sont disposés de manière incompatible, ce qui les empêche de s'installer facilement dans une configuration ordonnée et à faible consommation d'énergie.
"Cet arrangement génère une multitude d'états internes dans lesquels la mémoire peut être codée", a déclaré Chaviva Sirote-Katz, doctorante à l'Université de Tel Aviv.
Chaco a été conçu à la division théorique de Los Alamos et réalisé à l'Université de Tel Aviv. Nisoli a proposé la première conception en s'appuyant sur son expérience dans la conception de nano-aimants artificiels frustrés. Carl Merrigan et Yair Shokef, de l'Université de Tel Aviv, ont finalisé la conception lors d'une visite au Centre d'études non linéaires de Los Alamos. Le groupe avait réalisé que le fondement mathématique de la frustration magnétique pouvait se répercuter sur la méta-mécanique, avec une phénoménologie exotique similaire.
Comment Chaco reconnaît-il une séquence d’actions ? La clé est la nature non abélienne du matériau, ce qui signifie que l'ordre des opérations est essentiel à la réponse du matériau.
"Ce matériau est comme un dispositif de stockage de mémoire mécanique capable de mémoriser une séquence d'entrées", a déclaré Dor Shohat, doctorant à l'Université de Tel Aviv dans le groupe de Yoav Lahini.
"Chacun de ses éléments de base mécaniques a deux états stables, tout comme un seul bit de mémoire magnétique. Inverser deux unités dans le matériau peut conduire à un état final, mais inverser ces deux unités dans l'ordre inverse conduirait à un état final différent. ."
Les chercheurs ont utilisé cette capacité pour coder des informations dans la séquence d’actions. L'observation de l'état final du matériau permet de récupérer les informations.
"Le domaine de la métamécanique promet de nouveaux matériaux intelligents dès leur conception", a déclaré Nisoli. "Dans la division Théorique, nous avions fait quelque chose de similaire en concevant de nouveaux nano-aimants. Et maintenant, en conférant aux matériaux mécaniques les propriétés et fonctionnalités exotiques associées aux aimants, nous avons ouvert une nouvelle direction de conception en méta-mécanique."
