Pegando uma página do passado, Os cientistas e engenheiros do Laboratório Nacional Lawrence Livermore estão combinando a computação mecânica com a impressão 3-D como parte de um esforço para criar materiais "sensíveis" que podem responder às mudanças em seus arredores, mesmo em ambientes extremos que destruiriam componentes eletrônicos, como alta radiação, calor ou pressão.

Computadores originais, como o mecanismo de diferença de Charles Babbage, eram totalmente mecânicos, cheio de engrenagens e alavancas que giravam, movido e deslocado para resolver cálculos matemáticos complexos. Após a Segunda Guerra Mundial e o surgimento de tubos de vácuo e circuitos eletrônicos, a maioria dos computadores mecânicos seguiu o caminho do dodô.

Contudo, colocando um novo toque na velha tecnologia, Pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e colaboradores da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) são portas lógicas mecânicas com impressão 3-D - os blocos básicos de construção de computadores capazes de realizar qualquer tipo de cálculo matemático.

Como LEGOs, essas portas lógicas impressas em 3D podem ser usadas para construir praticamente qualquer coisa, pesquisadores disseram, incorporado em qualquer tipo de material arquitetado e programado para reagir ao seu ambiente mudando fisicamente de forma sem a necessidade de eletricidade - útil em áreas de alta radiação, calor ou pressão. A pesquisa foi publicada online hoje pela revista. Nature Communications .

"Certas aplicações elétricas são limitadas, enquanto com este sistema, o material pode se reconfigurar completamente, "disse o pesquisador-chefe Andy Pascall." Se você incorporou portas lógicas ao material, esse material poderia sentir algo sobre seu ambiente. É uma forma de ter um material responsivo; gostamos de chamá-lo de um material 'senciente' - que pode ter respostas complicadas à temperatura, pressão, etc. A ideia é que está além de ser inteligente. Está respondendo de forma controlada, maneira precisa. "

Portas lógicas mecânicas, embora não seja tão poderoso quanto os computadores típicos, pode ser útil em rovers enviados para ambientes hostis como Vênus, ou em computadores de baixa potência destinados a sobreviver a explosões de pulsos nucleares ou eletromagnéticos que destruiriam dispositivos eletrônicos, pesquisadores disseram. Em um rover venusiano, Pascall disse que os cientistas poderiam implementar um sistema de controle para que, se o rover esquentasse muito, o material poderia abrir seus poros para permitir a entrada de mais refrigerante, sem eletricidade necessária.

Os dispositivos também podem ser usados ​​em robôs enviados para coletar informações sobre reatores nucleares (por exemplo, Fukushima) ou, embora apareça como qualquer tipo de material, poderia ser escondido dentro de praticamente qualquer tipo de estrutura imaginável.

"O bom do nosso design é que ele não é limitado em escala, "Pascall disse." Podemos descer para uma ordem de vários mícrons até o tamanho que você precisa que seja, e pode ser rapidamente prototipado. Seria uma tarefa difícil sem a impressão 3D. "

Robert Panas, engenheiro de pesquisa do LLNL, ex-pesquisador de pós-doutorado do LLNL Jonathan Hopkins, que agora é professor assistente de aeroespacial mecânica e engenharia na UCLA, e o estudante de verão Adam Song projetou as portas flexíveis do dispositivo que permitem que o sistema se curve e se mova.

Panas, o investigador principal do projeto, disse que as flexões se comportam como interruptores. As flexões são encadeadas e, quando estimulado, acionar uma cascata de configurações que podem ser usadas para realizar cálculos lógicos mecânicos sem alimentação externa. Os próprios portões funcionam devido ao deslocamento, captando um sinal binário externo de um transdutor, como um pulso de pressão ou pulso de luz de um cabo de fibra óptica e realização de um cálculo lógico. O resultado é traduzido em movimento, criando um efeito dominó em todos os portões que altera fisicamente a forma do dispositivo.

"Muitos projetos lógicos mecânicos têm limitações substanciais e você encontra projetos fantásticos que não poderiam ser fabricados, "Panas disse." O que estamos fazendo é usar essas flexões, esses elementos flexíveis que são impressos em 3D, o que muda como a estrutura lógica pode ser combinada. Por fim, percebemos que precisávamos de uma configuração de lógica de deslocamento (para transferir informações). Surpreendentemente, realmente funcionou. "

A ação de flambagem das flexões permite que a estrutura seja pré-programada ou armazene informações sem a necessidade de um fluxo de energia auxiliar, Panas disse, tornando-os adequados para ambientes com alta radiação, temperatura ou pressões. Panas disse que portas lógicas podem ser usadas para coletar leituras de temperatura em vacinas ou alimentos e notificar quando certos limites forem atingidos, ou dentro de pontes para coletar dados sobre carregamento estrutural, por exemplo.

"Vemos isso como uma lógica simples sendo colocada em materiais de alto volume, potencialmente obter leituras em lugares onde você normalmente não consegue obter dados, "Panas disse.

Na UCLA, Hopkins usou um processo de impressão 3-D chamado estereolitografia de dois fótons, onde um laser faz a varredura dentro de um polímero líquido fotocurável que cura e endurece onde o laser brilha, para imprimir um conjunto de portas em um nível submícron.

"Uma vez que a estrutura foi impressa, então o deformamos no lugar usando diferentes lasers que atuam como pinças ópticas, "Hopkins explicou." Em seguida, acionamos os interruptores usando também essas pinças ópticas. É uma abordagem nova e revolucionária para fazer esses materiais em escala micro. "

O projeto foi impulsionado pela modelagem computacional do comportamento de flambagem dos portões, e embora tenham sido projetados em duas dimensões, Pascall disse que gostaria de mudar para o 3-D. Pascall espera que a tecnologia possa ser usada para criar projetos seguros, sistemas de controle personalizados, e os referidos planos são lançar o design como código aberto. A tecnologia também pode ser uma ferramenta de ensino para os alunos, que poderiam imprimir suas próprias portas lógicas usando impressoras 3-D comerciais e aprender como funcionam os computadores, ele adicionou.