В Нидерландах создали эластичный материал для механических вычислений

Учёные из Института атомной и молекулярной физики (AMOLF, Нидерланды) представили новый метаматериал, который способен выполнять сложные вычисления механическим способом — без использования традиционных электронных компонентов.

Ключевой элемент разработки — гибкий резиновый лист, оснащённый особым повторяющимся узором. Благодаря своей структуре материал может осуществлять матрично‑векторное умножение — операцию, имеющую критическое значение для алгоритмов машинного обучения. Механизм функционирования базируется на контролируемых деформациях: входные данные передаются посредством смещения краёв листа, а итоговый результат вычислений отображается через соответствующие движения в других зонах материала.

Существенное отличие новшества от классической электроники заключается в использовании «гибких режимов» — движений, которые требуют минимального энергозатрата. Каждая отдельная структурная единица (так называемая плитка) обрабатывает два входных сигнала, преобразуя их в два выходных. При этом весовые коэффициенты определяются углами балок и могут принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Одной из важных особенностей материала стала возможность его перепрограммирования уже после изготовления. Это достигается за счёт применения бистабильных балок с переменной жёсткостью, которые позволяют переключаться между различными значениями матрицы.

Для экспериментальной проверки учёные создали образец из резины толщиной 6 мм. В процессе испытаний краевые элементы приводились в движение с помощью шаговых двигателей, а их перемещения фиксировались посредством камер. Эксперимент выявил ряд характеристик: при малых входных сигналах погрешность составила около 20 %, при увеличении амплитуды сигналов наблюдалось насыщение и сигмоидальная реакция, а гистерезис снижался при уменьшении скорости движения благодаря вязкоупругим свойствам резины.

Проведённые расчёты показали, что современные технологии микропроизводства дают возможность создавать матрицы размером до 64 x 64. Подобный масштаб оказывается достаточным для решения практических задач, включая обработку речевых сигналов.

Источник: interestingengineering.com