ユニークな「チャコ」メタマテリアルが外部操作の順序と機械的記憶を検出(Unique ‘Chaco’ metamaterial detects order of external operations, mechanical memory)

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2024-05-22 ロスアラモス国立研究所(LANL)

ロスアラモス国立研究所とテルアビブ大学を含む国際研究チームが、順序を記憶できるユニークな機械的メタマテリアル「Chaco」を開発しました。これは、メモリストレージやロボティクス、機械計算に応用可能です。Chacoは、磁気的特性を持つシステムに類似した履歴依存型の動作を示します。設計は磁気フラストレーションに着想を得ており、その三次元ブロックは簡単に秩序ある低エネルギー状態に落ち着けないように配置されています。これにより、内部状態が生成され、メモリがエンコードされます。
◆Chacoは、非可換性質を持ち、操作の順序が応答に重要な役割を果たします。各機械ブロックには二つの安定状態があり、操作順序によって異なる最終状態に達します。この特性により、Chacoは入力シーケンスを記憶する機械的メモリストレージデバイスとして機能します。

<関連情報>

周期的メタマテリアルにおける創発的無秩序と機械的記憶 Emergent disorder and mechanical memory in periodic metamaterials

Chaviva Sirote-Katz,Dor Shohat,Carl Merrigan,Yoav Lahini,Cristiano Nisoli & Yair Shokef
Nature Communications  Published:21 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-47780-w

ユニークな「チャコ」メタマテリアルが外部操作の順序と機械的記憶を検出(Unique ‘Chaco’ metamaterial detects order of external operations, mechanical memory)

Abstract

Ordered mechanical systems typically have one or only a few stable rest configurations, and hence are not considered useful for encoding memory. Multistable and history-dependent responses usually emerge from quenched disorder, for example in amorphous solids or crumpled sheets. In contrast, due to geometric frustration, periodic magnetic systems can create their own disorder and espouse an extensive manifold of quasi-degenerate configurations. Inspired by the topological structure of frustrated artificial spin ices, we introduce an approach to design ordered, periodic mechanical metamaterials that exhibit an extensive set of spatially disordered states. While our design exploits the correspondence between frustration in magnetism and incompatibility in meta-mechanics, our mechanical systems encompass continuous degrees of freedom, and thus generalize their magnetic counterparts. We show how such systems exhibit non-Abelian and history-dependent responses, as their state can depend on the order in which external manipulations were applied. We demonstrate how this richness of the dynamics enables to recognize, from a static measurement of the final state, the sequence of operations that an extended system underwent. Thus, multistability and potential to perform computation emerge from geometric frustration in ordered mechanical lattices that create their own disorder.

1700応用理学一般
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