Деякі матеріали можуть запам'ятовувати минулі події, подібно до того, як зім'ятий аркуш паперу зберігає свої складки. Група фізиків з Університету штату Пенсильванія нещодавно виявила, що за певних умов деякі матеріали можуть запам'ятовувати не лише те, що вони були деформовані, але й точну послідовність цих деформацій. Це відкриття може призвести до нових способів зберігання інформації в механічних системах, таких як комбінаційні замки або навіть обчислення без електрики, пише Penn State.
Матеріали часто зберігають спогади за допомогою процесу, що називається пам'яттю зворотної точки, коли змінні сили залишають відбиток, який може бути прочитаний або стертий. Ця концепція схожа на комбінаційний замок, де обертання циферблату певним чином визначає, чи відкриється він. Натан Кейма, доцент Пенсильванського університету та автор дослідження, опублікованого в журналі Science Advances, пояснив, що цей математичний принцип застосовний до багатьох систем, від комп'ютерних жорстких дисків до скельних утворень.
Однак раніше вважалося, що пам'ять зворотної точки вимагає сил, прикладених в обох напрямках — тягнучих і штовхаючих. Команда Кейма виявила виняток: деякі матеріали можуть зберігати послідовність дій, навіть якщо сила прикладена тільки в одному напрямку, як, наприклад, міст, який просідає під рухом транспорту, але не прогинається вгору при виїзді машин. Щоб вивчити це питання, дослідники провели комп'ютерне моделювання, перевіряючи, як різні сили впливають на збереження пам'яті.
Вони зосередилися на базових елементах, які називаються гістеронами, які можуть залишатися в минулому стані навіть при зміні умов. Гістерони або співпрацюють, заохочуючи один одного до змін, або фруструють один одного, опираючись цим змінам. Команда виявила, що розстроєні гістерони, схожі на частини гнучкої соломинки, що відкриваються по черзі, дозволяють матеріалу кодувати послідовність минулих деформацій навіть при прикладанні сили тільки в одному напрямку.
Це відкриття може мати практичне застосування при створенні штучних систем з пам'яттю, особливо механічних систем, що не залежать від електрики. Кейма зазначив, що такі матеріали можуть підтверджувати послідовність минулих подій, допомагаючи в криміналістичному аналізі або діагностиці. Наприклад, матеріал, який відстежує свою найбільшу і найостаннішу деформацію, може бути використаний для виявлення структурного напруження в будівлях або машинах.
У медицині цей прорив може призвести до створення самоконтролюючихся матеріалів, які будуть визначати напруження або деформацію в імплантатах і протезах, що потенційно підвищить безпеку пацієнтів, які їх отримали. Також, штучні суглоби або кісткові імплантати можуть використовувати таку пам'ять для відстеження характеру використання і попередження лікарів про ранні ознаки зносу або відмови.
Схожа технологія може допомогти розробити вдосконалені пов'язки для ран, які будуть запам'ятовувати рівень тиску і відповідно регулюватися для покращення загоєння.