Компьютер не резиновый? Уже не совсем так

Полупроводники как основа современных вычислительных систем всем хороши – вот только дальнейшее их совершенствование (миниатюризация технологического процесса изготовления транзисторов, повышение рабочих частот) с каждым шагом обходится все дороже, занимает все больше времени и дает на выходе все менее ощутимый прирост реальной производительности.

По этой причине ученые и инженеры стремятся развивать вычислительные средства на иных физических основаниях, чем полупроводниковые транзисторы, – используя свет, квантовые системы и даже сухое дерево. Теперь к ряду новых материалов для организации вычислений стараниями голландских исследователей прибавилась резина – точнее, созданный на ее основе метаматериал.

Речь идет о разработке Мартина ван Гекке (Martin van Hecke) и Леннарда Квакернаака (Lennard Kwakernaak) из Лейденского университета в Амстердаме. Пока это, разумеется, всего лишь прототип – однако созданный голландцами резиновый вычислитель способен считать до десяти, различать входные сигналы, отличающиеся по уровню, и даже запоминать последовательность отдаваемых ему команд (последние две возможности реализуются составными устройствами такого рода).

Основой для резинового вычислителя (пока что, впрочем, только линейного счетчика – логические схемы на этой основе еще не реализованы) служит плоская резиновая пластина, в которой прорезают пазы так, чтобы узкие перегородки чередовались с широкими. Затем узкие перегородки с помощью термохимических методов чуть удлиняют, не отделяя от основы, – в результате первая оказывается слегка выгнутой вправо, а все прочие влево, – а на широкие посредине наносят с правой стороны неглубокие насечки. Потом пластину помещают в держатель с жесткими планками сверху и снизу, смещающимися по вертикали, так чтобы приложение усилия по линии, параллельной перегородкам, приводило не к локальному прогибу, а к равномерному сжатию всего счетчика в целом.

Принцип работы такого бимсового счетчика (beam counter) чисто механический: однократное сжатие пластины приводит к тому, что крайняя слева узкая перегородка, выгнутая изначально вправо, толкает соседнюю широкую, а та, в свою очередь, заставляет следующую за ней узкую перегородку «переключиться»: прежде она была выгнута влево, теперь – вправо. После возвращения в исходное состояние вторая тонкая перегородка так и остается выгнутой вправо, а при следующем сжатии уже она «переключает» свою соседку – и так далее, до самого конца. Соединяя в пределах одного держателя подобные пластины с разными свойствами (разной шириной перегородок и/или из резины различной упругости), можно создавать счетчики, которые будут по отдельности фиксировать число нажатий с различной силой.

Ценность предложенного голландскими исследователями подхода – в том, что подобные метаматериалы достаточно просто создавать в широком диапазоне характерных размеров с сохранением их физических свойств. Дальнейшие планы ван Гекке и Квакернаака предусматривают создание не только линейных, но и двумерных бимсовых счетчиков – с реализацией в том числе и простейших логических вентилей (НЕ, И, ИЛИ и пр.), что позволит в перспективе замахнуться на разработку вполне функционального резинового вычислителя. Пусть довольно громоздкого и медлительного в сравнении с современными полупроводниковыми – однако способного функционировать в таких условиях и под такими нагрузками, где классический на сегодня компьютер попросту неприменим.