Spumele din nanotuburi de carbon dezvăluie un nou tip de memorie mecanică
În primii ani de dezvoltare, calculatoarele foloseau angrenaje și pârghii mecanice pentru a stoca informații. Astăzi, cercetătorii explorează dacă un material în sine poate păstra informații, stocând memoria în modul în care se îndoaie și revine la forma sa originală. Printr-o nouă cercetare publicată în Physical Review X, Ramathasan Thevamaran și colegii săi de la Universitatea din Wisconsin–Madison au descoperit un material care duce acest concept mai departe: o spumă din nanotuburi de carbon care își amintește exact cât de tare a fost comprimată, apoi revine la forma sa originală fără daune permanente.
În calculatoarele cu memorie mecanică integrată, mulți cercetători speră că dispozitivele ar putea funcționa fără baterii sau cipuri. Până acum, majoritatea designurilor s-au concentrat pe structuri „bistabile”: componente minuscule care fac tranziția între doar două forme, ca un întrerupător care se aprinde sau se stinge. Acest lucru oferă o formă simplă de memorie, dar sistemul are doar două stări disponibile. Deși un comportament mai apropiat de memoria continuă poate fi găsit în alte materiale, acestea tind să se deformeze permanent și să se degradeze în timp sau pot necesita un antrenament special înainte de a funcționa fiabil. Cheia pentru rezolvarea acestor provocări va fi un material care își amintește forma originală, revenind elastic și intact de fiecare dată.
Pentru a căuta un astfel de material, echipa lui Thevamaran s-a orientat spre spumele din nanotuburi de carbon aliniate vertical. Au comprimat spuma în mod repetat până când răspunsul acesteia s-a stabilizat, apoi au urmărit comportamentul la descărcare și reîncărcare parțială. Spuma a prezentat „memorie de punct de întoarcere”: când este comprimată parțial, eliberată, apoi comprimată din nou, revine exact la starea mecanică în care se afla înainte. Comportamentul este direct comparabil cu hard disk-urile magnetice, unde inversarea unui câmp magnetic readuce materialul la o stare înregistrată anterior.
Elementul crucial este că spuma din nanotuburi nu s-a relaxat sau estompat în timp, așa cum fac materialele convenționale. Echipa a identificat efectul la nivel nanometric: nanotuburile vecine aderă și alunecă în mod repetat unele față de altele pe măsură ce spuma se comprimă. În loc să întindă sau să rupă permanent materialul, această frecare păstrează o înregistrare a ceea ce a experimentat materialul. Echipa a descoperit, de asemenea, că rigiditatea spumei poate fi reglată în două direcții: comprimarea mai puternică o face mai rigidă, în timp ce scuturarea o înmoaie.
Rezultatele ar putea deschide o nouă direcție pentru cercetarea memoriei mecanice dincolo de designurile bistabile cu tranziție bruscă. Thevamaran și colegii săi sugerează că aceeași abordare bazată pe frecare ar putea inspira materiale care atenuează șocurile, filtrează vibrațiile sau chiar efectuează calcule simple, complet pasive. Dacă frecarea la nivel nanometric poate fi valorificată cu o asemenea precizie, efecte similare ar putea fi găsite în alte materiale fibroase sau nanostructurate, lărgind căutarea spumelor și fibrelor care pot memora forța mecanică.
