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Investigadores de la Universidad de Tel Aviv y el Laboratorio Nacional Los Álamos han desarrollado un nuevo metamaterial mecánico que recuerda el orden de las acciones realizadas en él, muy similar a como una computadora sigue una secuencia de instrucciones.
(Comunicado de la portavoz de la Universidad de Tel Aviv)
A diferencia de los materiales ordinarios que responden del mismo modo a una secuencia de manipulaciones externas independientemente de su orden, el nuevo metamaterial-denominado “Chaco” por el sitio arqueológico Cañón del Chaco, Nuevo México-exhibe una conducta dependiente de la historia, abriendo así un camino a aplicaciones emocionantes en el almacenamiento de memoria, robótica e incluso en computación mecánica.
La investigación fue dirigida por Chaviva Sirote-Hatz, Dor Shohat, el Dr. Carl Merrigan, el Prof. Yoav Lahini y el Prof. Yair Shokef, de la Universidad de Tel Aviv y el Dr. Cristiano Nisoli del Laboratorio Nacional Los Álamos.
Un metamaterial es una estructura diseñada a partir de una construcción de bloques que son mucho más grandes que los átomos o las moléculas. Las propiedades físicas del metamaterial dependen principalmente de la disposición espacial de estos bloques. Estas invesigación se focaliza en un metamaterial mecánico formado por un conjunto de haces flexibles que se doblan con facilidad bajo compresión. A fin de obtener propiedades singulares, los investigadores construyeron un metamaterial con una frustración innata-a saber, con una disposición geométrica de los haces que no permite que todos ellos respondan simultáneamente a la presión externa del modo que cada haz desearía.
“Este material es como un dispositivo de almacenamiento de memoria mecánica que puede recordar una secuencia de entradas”, explica Dor Shohat, un estudiante del Doctorado de la Universidad de Tel Aviv, que participó en la investigación. “Cada uno de sus bloques de construcción mecánica tiene dos estados estables, igual que un solo bit de memoria”.
El secreto detrás de la memoria de Chaco se halla en su particular diseño inspirado por el concepto de frustración descubierto en los sistemas magnéticos, que son conocidos por sus propiedades de memoria. De manera similar a cómo la frustración geométrica puede evitar que los imanes alcancen un estado simple y ordenado, los bloques de construcción de Chaco están dispuestos de un modo que impide que se asienten fácilmente en una configuración ordenada y de baja energía.
Esta frustración controlada crea una multitud de estados posibles, una propiedad que permite al material recordar la secuencia de acciones que ha experimentado.
“Al diseñar cuidadosamente la geometría del material, podemos controlar la forma en que responde a las fuerzas externas”, agrega Chaviva Sirote-Katz, otra estudiante de doctorado involucrada en la investigación. “Esto nos permite crear desorden y conductas complejas en una estructura simple, ordenada”.
La capacidad de Chaco para reconocer las secuencias de acción se basa en su naturaleza no abeliana, es decir, el orden de las operaciones que importa. Por ejemplo, voltear dos unidades del material en un orden puede conducir a un estado final diferente al voltearlas en el orden inverso. Esta sensibilidad a la historia permitió a los investigadores codificar información en la secuencia de acciones y luego recuperarla simplemente observando el estado final del material.
El estudio, publicado en Nature Communications, conecta eficazmente los ámbitos del magnetismo y la mecánica. Dado que los materiales magnéticos presentan una serie de comportamientos exóticos que no suelen darse en los mecánicos, la receta del diseño de Chaco brinda nuevos principios de diseño transportable para materiales mecánicos con propiedades y funcionalidades destacadas. El equipo de investigación sostiene que desarrollar estos principios permitirá crear materiales inteligentes con memoria inherente y capacidad para realizar cálculos.
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