Uma equipe de pesquisa internacional, incluindo o Laboratório Nacional de Los Alamos e a Universidade de Tel Aviv, desenvolveu um metamaterial mecânico único que, como um computador que segue instruções, pode lembrar a ordem das ações realizadas nele. Batizado de Chaco, em homenagem ao sítio arqueológico no norte do Novo México, o novo metamaterial oferece um caminho para aplicações em armazenamento de memória, robótica e até mesmo computação mecânica.



A pesquisa foi publicada na Nature Communications .

“Se você puxar um elástico e depois torcê-lo, obterá o mesmo resultado como se o tivesse torcido e depois puxado. Os materiais comuns respondem da mesma maneira a uma sequência de manipulações mecânicas, independentemente da sua ordem”, disse Cristiano Nisoli, cientista em Los Alamos.

"No entanto, Chaco exibe um comportamento dependente da história e se lembra de operações passadas. Essa memória é típica de sistemas magnéticos e não mecânicos; projetamos explicitamente o Chaco como o análogo mecânico de um nanoímã, chamado Shakti. Nossa ideia era que Chaco poderia herdar magnético propriedades de memória normalmente ausentes na mecânica."

Design inspirado na frustração magnética

O conceito de frustração, típico de sistemas magnéticos exóticos, inspirou o design do Chaco e sustenta as suas propriedades de memória. Os ímãs podem ser impedidos de atingir um estado simples e ordenado por frustração geométrica se seus momentos magnéticos forem estrategicamente arquitetados. Da mesma forma, os blocos de construção tridimensionais do Chaco estão dispostos de maneiras incompatíveis que os impedem de se estabelecerem facilmente em uma configuração ordenada e de baixa energia.

“Este arranjo gera uma variedade de estados internos, nos quais a memória pode ser codificada”, disse Chaviva Sirote-Katz, estudante de doutorado na Universidade de Tel Aviv.

Chaco foi projetado na divisão teórica de Los Alamos e realizado na Universidade de Tel Aviv. Nisoli propôs o projeto inicial baseando-se em sua experiência no projeto de nanoímãs artificiais frustrados. Carl Merrigan e Yair Shokef, da Universidade de Tel Aviv, finalizaram o projeto enquanto visitavam o Centro de Estudos Não Lineares de Los Alamos. O grupo percebeu que a base matemática da frustração magnética poderia ser transferida para a metamecânica, com uma fenomenologia exótica semelhante.

Como o Chaco reconhece uma sequência de ações? A chave é a natureza não-abeliana do material, o que significa que a ordem das operações é essencial para a resposta do material.

“Este material é como um dispositivo mecânico de armazenamento de memória que pode lembrar uma sequência de entradas”, disse Dor Shohat, estudante de doutorado na Universidade de Tel Aviv, no grupo de Yoav Lahini.

"Cada um de seus blocos de construção mecânicos tem dois estados estáveis, assim como um único bit de memória magnética. Inverter duas unidades dentro do material pode levar a um estado final, mas inverter essas duas unidades na ordem inversa levaria a um estado final diferente. ."

Codificando informações na sequência de ações

Os pesquisadores usaram essa capacidade para codificar informações na sequência de ações. Observar o estado final do material recupera as informações.

"O campo da metamecânica tem promissor novos materiais inteligentes por design", disse Nisoli. "Na divisão teórica, estávamos fazendo algo semelhante ao projetar novos nanomagnetos. E agora, ao imbuir os materiais mecânicos com as propriedades e funcionalidades exóticas associadas aos ímãs, abrimos uma nova direção de design na metamecânica."