科学者は、スマートスーパー素材の新しいアイデアを開くために純粋な機械コンピューターの新しい理論を提案しました

最近、Xi’an Jiaotong University＆Dutch UniversityのLianpei博士であるLianpei博士の卒業生であるLi Jingran、チームのMartin Van Hecke教授、Gionee博士、Gionee博士など。機械的なコンピューターに基づいて、新しい設計原則が提案されています。

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「ヒステロン」は、この研究の主なオブジェクトです。

この作業では、研究チームは、シリーズの結合結合機械単位に基づいて、結合した停滞の状態変換挙動を研究および制御しました。

期間中、それらは、いくつかの限られた状態マシンを再現するために機械コンピューターを準備することで再び現れました。

したがって、機械的コンピューターは、電磁放射や温度などの極端な条件の影響を受けません。

したがって、メカニカルコンピューターは、信頼性とセキュリティをより適切に確保できます。したがって、軍事、航空宇宙、ディープシーの探査など、特定のコンピューティングタスクを実行できます。

また、なぜならこの作業は、提案されているデザインの原則に限定されるものではなく、他の物理的なシナリオにも限定されません。

数日前、関連する論文は、「制御された経路経路と連続情報プロセス」の「制御された経路と連続情報処理機械的ヒステロン」のタイトルに掲載されています。 pnas[3]。Liu Jingranは、最初の著者でありコミュニケーション著者です。

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可能な限り複雑な計算を達成するために、可能な限り単純な構造を使用してください

完全なコンピューティングシステムの場合、情報処理と情報ストレージという2つの基本モジュールが必要であることが理解されています。同時に、対応するアルゴリズム、入力/出力モジュールを追加する必要があります。

情報保管容量は、鉄材料、ブロッキング媒体、形状の記憶合金など、さまざまな材料に広く存在しています。

人々は通常、デジタルサーキットを使用して、コンピューター、信号機、自動自動販売機などのアルゴリズムの処理と情報処理を実装します。

ただし、極端な温度、回路、電源機器などの極端な環境では、故障する可能性が高く、信頼性の低い計算結果が得られます。

では、この場合に計算する方法は？業界の人々は、自然に電子コンピューターの前身である機械的コンピューターについて考えています。

その中で、最も典型的な例には、いくつかの一般的な数学的計算を処理できる添加物と差動マシンが含まれます。機械コンピューターの使用に関して、第二次世界大戦中にピークに達しました。

過去には、メカニカルコンピューターは一般にギアとベアリングで構成されていました。構造は複雑であるだけでなく、非常にかさばります。電子コンピューティングテクノロジーの急速な発展の後、それらは徐々に排除されました。

今日、Liu Jingranなどが機械的計算を再調整することを決定したとき、彼らは可能な限り単純な構造を使用して、可能な限り複雑なコンピューティング機能を達成することを非常に望んでいます。

ブロッキング媒体は、複雑な機械的コンピューティングを達成するための潜在的なプラットフォームです。特定の負荷の下では、その内部建設ユニットには2つの異なる安定した構成があります。つまり、「0」と「1」の2つの状態を持つ「機械的咬傷」です。

さまざまな機械的咬傷の状態の間には競争的な関係があり、システム全体が複数の安定した状態を示し、情報ストレージに使用できます。

システムの異なる安定性については、外部負荷を相互に変換することができ、システムに負荷情報を処理する機能があります。

負荷負荷によって定義される状態変換ルールは、特定のアルゴリズムを構成できます。現時点では、機械的なスーパー材料のために機械的コンピューティングを合理的に達成できます。

ブロッキング媒体の場合、その中のユニット間に相互のつながりと相互作用の関係があります。

ただし、この分野での以前の研究では、システム状態の切り替え挙動に対する相互作用の影響を考慮していませんでした。

外部にロードする場合、各ビットの状態の切り替えは独立しているため、システムのコンピューティング能力が大幅に制限されます。

したがって、チームは、BIT間の相互作用を使用して、並外れたシステム状態スイッチングパスを達成し、それによりシステムのコンピューティング能力を改善したいと考えています。

中国とオランダの研究

報告によると、Liu Jingranは最初に「機械的なビット」と接触しました。これは、デュアル安定湾曲ビーム構造で構成されています。

Quliangの水平方向の力分散曲線は非顕著であり、その外力は、変位とともに「減少の増加反応」の傾向を示します。同時に、Qu Liangは徐々に反対方向に曲がります。

いくつかの同じ湾曲したビームが接続されると、Plusの負荷のプロセス中に外力が突然減少します。

同時に、梁の層のビームの湾曲した方向が突然変化しますが、他の湾曲した梁の湾曲した方向は変化しません。

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Xi’an Jiaotong Universityで勉強したとき、Li Jingranの博士課程の監督者はLiu Yilun教授でした。その時、彼はLiu Jingranが上記の行動に関する詳細な研究で行うことを示唆した。

したがって、読書中のLiu Jingranの最初のトピックは、一連のビームの動的な動作と、一連のビームのアンインストール挙動に対する研究層の数の影響を研究することでした。

その後、彼女は、荷重とアンインストールのプロセス中に、湾曲した梁の層が突然変化したときに、他の湾曲した梁の方向が変化しないが、変形量は減少または増加することを発見しました。

したがって、彼女は想像し始めました：さまざまな湾曲したビームを直列に接続できます。それで、湾曲したビームの方向が変化すると、他の湾曲したビームの方向が逆に変化するようにしますか？

その後、Liu Jingranは、以前の研究の蓄積に基づいて、オランダのライデン大学に行きました。

当時、オランダの彼女の協同組合の指導者と同僚は、多段階の国家構造の州の切り替えと記憶行動に関する理論的研究を受けていました。

具体的には、インセンティブ応答曲線によって示されるラグ現象を記述するための「停滞」として多安定構造を形成するデュアル安定ユニットを呼び出します。

この現象の原因は、外部インセンティブの下での応答によるものであり、ユニットには2つの異なる安定したパスがあります。

したがって、「ロード」の場合、異なるパスを自発的に選択し、特定のノードのパスを切り替えるため、アンロード曲線がオーバーラップできなくなります。

これらの2つの安定したパスは、停滞の2つの異なる状態に対応しています。これらの2つの状態では、バイナリ番号「0」と「1」を使用できます。

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また、結合効果も考慮されると、理論的にはより多くの状態の切り替えパスを予測できることがわかりました。

例として2つの咬傷を含むシステムを使用します。カップリングを考慮せずにシステムが増加している場合、「00」→ “01”→ “11”である状態スイッチングパスは1つだけです。

シリーズカップリングの効果を考慮すると、システムには別の状態スイッチングパス、つまり「00」→ “01”→ “10”→ “11”です。

ここ、異なる応答の動作を予測するだけでなく、システムメモリ能力の増加も示すことができます。

つまり、システムの状態の切り替えでは、1つのステップが追加されます。そして、これは、識別して「覚えている」ことができる負荷範囲も増加していることを示しています。

同時に、アンインストールの追加中のシステムの状態とそのスイッチングパスは、状態の切り替え図で表すことができます。

これらの準備ができていないシステムと比較して、シリーズの結合を導入した後、状態切り替え図の数は大幅に増加し始めました。

たとえば、2つのバイトを含むシステムの切り替え図の数は、3つのシステムの切り替え図も6から44に増加しました。

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研究はここにあり、研究チームは、ビームを「機械的ビット」として使用して理論的な結果を表示できることを認識しています。つまり、曲線ビームの反対の方向は、機械的ビットの2つの異なる状態を表します。

同時に、Shuangbi Specialシリーズシステムの場合、可能なすべてのスイッチングパスを実現したいと考えています。これには、直列に2つのビームが必要です。

ただし、問題はそれらの前にあります。湾曲したビームの数が小さい場合、カールビームの突然の変化を達成することは困難です。

その理由は、湾曲したビームの変形が連続しており、2つの異なる方向の間に明らかな境界点がないため、これは「ビット」の概念と矛盾しているためです。

慎重に検討した後、ビームのビーム方向の突然の変換が直列システムが十分に柔らかくなければならないことを発見するための鍵があります。

したがって、彼らは2つのリングで構成される非線形スプリングを見つけました。その後、チームは非線形スプリングを曲線ビームと接続して、システムの柔らかさを増加させました。

その後、有限要素計算を介してすべてのデュアル-BI -TANDEMシステムの状態切り替え図をシミュレートし、対応する構造パラメーター範囲を与えました。

シミュレーションの結果によると、彼らは3つのサンプルを準備し、それぞれ3つの異なる結合状態スイッチング図を実装しました。

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次に、より複雑なメモリと操作を達成する必要があります。この目標を達成したい場合は、回帰ポイント（RPM、リターンポイントメモリ）の戻りを破る必要があります。

記憶のポイントに戻ることは、さまざまな材料に広く存在する記憶効果です。以下を指します。システムが前の最大負荷を再接続すると、システム状態は前の状態に戻ります。

回帰点メモリを破るということは、システムがループとアンインストールの下で異なる状態に到達できることを意味します。

この研究では、研究チームは、シリーズシステムの回帰ポイントメモリを破るために少なくとも3回の咬傷が必要であることを発見しました。

3ビットシステムのステータススイッチング図を観察することにより、状態切り替え図の1つで説明されているシステムが、負荷とアンインストールのプロセスで2つの回帰ポイントのメモリを壊すことを発見しました。

これに基づいて、彼らは実験的なサンプルサンプルAを準備して、異なる負荷の履歴の下でカウント関数を達成しました。

Liu Jingran氏は次のように述べています。「実際、ステータスの切り替え図に基づいて、カウントするだけでなく、より複雑な操作もカウントできます。」

計算科学では、そのような重要な理論モデルがあります：限られた状態マシン。これは、論理ドア操作 “および”、 “または”、 “、” non -“などの高エンドバージョンに相当します。

論理ドア操作では、システムの入力が出力を直接決定できます。限られた状態マシンの動作では、システムの出力は入力だけでなく、システムの現在の状態にも依存します。

変数「電流状態」が増加し、システムの入力が増加したためです。したがって、出力とステータスの場合、「0」と「1」に加えて、より多くの選択肢があります。

限られた状態マシンの場合、論理ドアよりも強力なメモリとコンピューティング機能があります。

以前、一部の人々は、機械装置を介して論理的なドア操作を実現しました。したがって、チームは、一連の曲線ビームシステムを通じて、より複雑な制限された州の機械操作を達成したいと考えています。

その結果、さまざまな変位入力信号の下で、研究チームはSanbi Specialシリーズの状態変換挙動に関するいくつかの研究を実施しました。

同じ構造でさえ、異なる入力信号を導入する場合、異なる限定状態マシンを達成できることがわかりました。

たとえば、2つの異なる準venousパルス変位入力が導入されると、サンプルAは17の異なる制限された状態マシンを実現できます。

3ビットシステムでは、より限られた状態マシンを達成できます。たとえば、実験では、サンプルAに基づいて3つの限定された状態マシンを実現できます。

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極端な条件下で情報処理の代替案を提供します

ただし、この研究では、Quasi -Static変位の制御下でのビットとシステム状態変換動作の間のシリーズ結合のみを考慮します。

フォローアップでは、研究チームは、並列カップリングや同時カップリングなど、より一般的な結合を検討します。同時に、電力制御、動的荷重、その他の荷重状況を取ることもできます。

さらに、Liu Jingran氏は次のように述べています。「「機械的コンピューターが排除されている」などの機械的コンピューティングに疑問を呈する音が聞こえることがあります」。

この点で、彼女は次の2つのポイントを明確にしたいと考えています。

まず、電子コンピューターの出現前の機械コンピューターと比較して、近年開発された最新の機械コンピューターには本質的な違いがあります。

過去には、メカニカルコンピューターは主に数学的コンピューティングに使用されていました。たとえば、歴史上最も強力な純粋な機械的コンピューターでさえ、その機能は多項式操作によってのみ実行され、ボリュームは非常に大きい[1]。

しかし、近年、機械的コンピューティングに関する研究は、極端な環境での情報処理の可能性を提供する非電気信号を処理するための純粋な機械的手段を模索することを目的としています。

第二に、メカニカルコンピューターの速度と汎用性は、実際に電子コンピューティングと比較できません。Liu Jingranなどは、別の電子コンピューターを設計するつもりはありませんでした。

ただし、鉱石や可燃性ガス漏れなどの災害救援現場では、電気火花の発生がより深刻な二次災害を引き起こす可能性があります。

この場合、電源駆動型ロボットと比較して、純粋な機械的情報処理能力を備えたロボットは、救助および災害救援においてより高い安全性と信頼性を持っています。

Quantum Computingが特定のタスクを実行するときに従来のコンピューターよりも多くの利点しか示されないように、機械的コンピューティングの目的を研究して、電源が利用できない場合に情報を処理する別の方法を提供します。

参考資料：

1.https：//en.wikipedia.org/wiki/difference_engine

2. Strepo D、Mankame N D、Zavattieri P D.位相変換細胞材料[J]。 極端なメカニックレター、2015、4：52-60。

3.Liu、J.、Teunisse、M.、Korovin、G.、Vermaire、I。R.、Jin、L.、H.、＆Van Hecke、M。（2024）。 国立アカデミーの議事録 の 科学、121（22）、e2308414121.https：//www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2308414121