Phát minh máy tính không cần điện, dựa vào lò xo

Chiếc máy tính hoạt động dựa trên lực căng của lò xo. Ảnh: Interesting Engineering

Khi vật liệu trở thành “bộ não” tính toán

Theo Interesting Engineering, các nhà khoa học tại hai đại học St. Olaf và Syracuse (Mỹ) đã nghiên cứu hệ thống tính toán cơ học, hoạt động dựa trên lực căng của lò xo và chuyển động của các thanh thép, thay vì dựa vào dòng điện như máy tính truyền thống.

Thoạt nhìn, cách tiếp cận này có vẻ như đi ngược lại xu hướng hiện đại. Song, nếu đặt trong bối cảnh công nghệ điện tử đang đối mặt nhiều thách thức, ý tưởng này mang ý nghĩa đột phá. Các vi mạch silicon, nền tảng của máy tính, vốn rất nhạy cảm với môi trường. Nhiệt độ cao có thể làm chúng nóng chảy, bức xạ mạnh gây ra lỗi hệ thống, còn môi trường hóa học khắc nghiệt có thể khiến linh kiện bị ăn mòn.

Trong khi đó, các hệ thống cơ học lại có ưu thế về độ bền, có thể hoạt động ổn định trong điều kiện mà thiết bị điện tử khó tồn tại.

Cốt lõi của nghiên cứu nằm ở quan sát thực tế. Trí nhớ không chỉ tồn tại trong bộ não con người hay ổ cứng máy tính, mà còn hiện diện trong chính các vật liệu vật lý.

Phó Giáo sư Vật lý Joey Paulsen tại Đại học St. Olaf cho biết, nhiều vật liệu quen thuộc như cao su có khả năng “ghi nhớ” trạng thái trước đó, chẳng hạn mức độ bị kéo giãn hay nén ép.

Từ nhận thức này, nhóm nghiên cứu đặt câu hỏi: Liệu có thể tận dụng “trí nhớ vật lý” để không chỉ lưu trữ thông tin mà còn xử lý thông tin hay không? Câu trả lời bước đầu là có.

Nhóm chế tạo 3 hệ thống cơ học khác nhau từ các thanh thép và lò xo. Mỗi thiết bị đảm nhiệm một chức năng tính toán cụ thể.

Thiết bị thứ nhất hoạt động như bộ đếm, ghi nhận số lần tác động lực kéo. Thiết bị thứ hai đóng vai trò như cổng logic, có thể phân biệt giữa các đầu vào chẵn và lẻ. Thiết bị thứ ba hoạt động như “bộ nhớ”, lưu giữ thông tin về mức độ lực được áp dụng, chẳng hạn phân biệt lực trung bình và lực lớn. Khi kết hợp lại, 3 hệ thống này cho thấy quá trình xử lý thông tin phức tạp hoàn toàn có thể diễn ra thông qua chuyển động cơ học và cấu trúc vật liệu, không cần tín hiệu điện.

Đây chính là nền tảng cho cách hiểu mới về “máy tính”, không còn bó hẹp trong chip bán dẫn, mà có thể tồn tại dưới dạng cấu trúc vật lý có khả năng phản ứng và ghi nhớ.

Công trình nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Nature Communications, không đặt mục tiêu thay thế máy tính hiện đại. Thay vào đó, đóng vai trò như minh chứng về tính khả thi, mở ra hướng nghiên cứu mới về hệ thống tính toán phi điện tử.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học St. Olaf. Ảnh: Internet

Hướng đi bền vững cho công nghệ tương lai

Đáng chú ý, hướng đi này phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng về giải pháp công nghệ hoạt động bền bỉ trong môi trường khắc nghiệt. Trong tương lai, những hệ thống như vậy có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

Đơn cử, cảm biến cơ học có thể được đặt bên trong động cơ phản lực để theo dõi mức độ hao mòn thông qua rung động, mà không cần nguồn điện. Hay trong lĩnh vực y sinh, các chi giả có thể được thiết kế để cảm nhận và phản hồi lực tác động mà không cần pin, giúp tăng tính linh hoạt và giảm phụ thuộc vào năng lượng.

Xa hơn, các nhà khoa học còn hình dung về những “vật liệu thông minh”, nơi khả năng cảm nhận, ra quyết định và phản hồi được tích hợp trực tiếp vào chính cấu trúc vật liệu.

Con đường phía trước vẫn còn nhiều thách thức. Hiện các hệ thống cơ học này mới chỉ thực hiện phép tính đơn giản. Vấn đề về khả năng mở rộng và giới hạn hiệu năng đang là trọng tâm nghiên cứu tiếp theo.

Các nhà khoa học sẽ tiếp tục tìm hiểu cách các bộ phận cơ học tương tác với nhau, nhằm tiến tới xây dựng các mạng lưới phức tạp hơn, có thể đảm nhiệm nhiều chức năng tính toán hơn.

Trong thế giới mà công nghệ gắn với điện tử và số hóa, nghiên cứu này gợi mở cách nhìn khác khi “trí tuệ” có thể tồn tại ngay trong vật chất. Việc khai thác “trí nhớ” và khả năng phản ứng của vật liệu đặt nền móng cho những giải pháp công nghệ bền vững, thích ứng cao với môi trường.

THƯ LÊ