Questo computer meccanico funziona tirando una molla

Un gruppo di ricercatori del St. Olaf College e della Syracuse University ha costruito non uno, ma ben tre computer meccanici: tre dispositivi che calcolano, contano e conservano memoria usando solo barre d’acciaio e molle lineari. Niente chip, niente batterie, non c’è bisogno nemmeno di corrente elettrica: l’intelligenza sta tutta nella tensione meccanica e nella deformazione dei materiali.

Lo studio, pubblicato su Nature Communications, dimostra che operazioni logiche e di memoria possono avvenire senza un solo elettrone. Le applicazioni? Ovunque l’elettronica tradizionale non sopravvive: calore estremo, radiazioni, ambienti corrosivi. Mi piace.

La memoria è nelle cose

Il concetto alla base di questo computer meccanico: i materiali ricordano. La gomma conserva traccia di quanto è stata stirata, l’acciaio registra le forze che ha subito. Joey Paulsen, fisico associato al St. Olaf College, è partito da qui per chiedersi se quella memoria fisica potesse fare qualcosa di più utile che deformarsi: processare informazioni.

La risposta è un terzetto di macchine costruite con barre rigide e molle lineari. La prima conta le trazioni fisiche applicate. La seconda funziona come una porta logica, distinguendo input pari da input dispari. La terza è un misuratore che conserva memoria della forza applicata: sa quanta ne ha ricevuta e la tiene registrata nella sua struttura.

Un computer meccanico senza chip: come funziona

Il cuore tecnico della faccenda si chiama hysteron: un elemento meccanico che mantiene uno stato in base alla storia delle forze che ha subito. Un po’ come un interruttore che non scatta quando premi, ma quando hai premuto abbastanza volte in una certa sequenza. Regolando le interazioni geometriche tra questi isteroni (la posizione delle molle, gli angoli delle barre) il team ha ottenuto porte logiche meccaniche capaci di calcolo.

Ecco: non è un computer meccanico nel senso ottocentesco della parola, non è il ritorno della macchina di Babbage¹ con gli ingranaggi e il vapore. È qualcosa di diverso, perché il principio che lo fa funzionare è l’isteresi (la capacità di un materiale di comportarsi diversamente a seconda di quello che gli è successo prima) e le interazioni possono essere reciproche o non reciproche. Tradotto: puoi progettare la risposta del sistema. E no, non credo avrebbero potuto costruirlo due secoli fa.

Computer meccanico, numeri e contesto

Dati chiave

• 3 dispositivi costruiti (contatore, porta logica, misuratore di forza)
• Zero componenti elettronici
• Zero fonti di energia esterna
• Interazioni tra isteroni regolabili per segno e direzione (reciproche e non reciproche)

Il silicio ha un problema che nessuno ama ricordare ad alta voce: è maledettamente fragile. I chip fondono nel calore estremo, si guastano sotto radiazioni intense e si corrodono in ambienti chimicamente ostili. Un computer meccanico di questo tipo non ha nessuno di questi limiti, perché non dipende da segnali elettrici ma da forze fisiche. È stabile nel tempo, immune al rumore elettromagnetico e non ha bisogno di alimentazione.

Le applicazioni che Paulsen immagina vanno dalle protesi artificiali che reagiscono alla pressione senza batteria ai sensori interni per motori a reazione, dove le vibrazioni del motore stesso diventano l’input per monitorare l’usura. Il confine tra materiale e macchina, a quel punto, si dissolve: l’oggetto è il computer.

Se la cosa vi suona familiare, è perché un gruppo di studenti dell’Università di Southampton ha già provato qualcosa di simile: un rover completamente meccanico progettato per sopravvivere su Venere, dove nessun chip durerebbe più di qualche minuto. Anche lì, porte logiche AND, OR e NOT costruite senza elettronica. La differenza è che Paulsen ha formalizzato il principio: non un prototipo per un caso specifico, ma un framework per progettare comportamenti arbitrari.

Dove non arriva (ancora) la corrente

Al St. Olaf College gli studenti stanno già studiando come più rotori interagiscono tra loro, con l’obiettivo di creare reti meccaniche più complesse. Il passo successivo è capire i limiti di scalabilità: quanto può diventare grande un computer meccanico prima che la complessità delle interazioni lo renda ingestibile?

Insomma: siamo lontani dal sostituire un processore con un fascio di molle (e probabilmente non succederà mai, se è quello che vi state chiedendo). Ma l’idea che il calcolo possa vivere dentro la materia, senza elettroni e senza energia esterna, apre una porta che fino a ieri sembrava murata.

Il futuro della materia programmabile passa anche da qui: oggetti che sentono, decidono e rispondono. Con buona pace del silicio.

Approfondisci

Il rapporto tra materiali fisici e capacità di calcolo è uno dei temi più sottovalutati della ricerca contemporanea. Su Futuro Prossimo abbiamo raccontato come la materia programmabile potrebbe ridefinire la produzione industriale e come un rover meccanico progettato per Venere dimostri che l’elettronica non è l’unica via per costruire macchine intelligenti.

1. La macchina di Babbage è, in parole semplici, l’antenata del computer: una grande macchina meccanica pensata per fare calcoli in automatico, senza errori umani. Charles Babbage la progettò nell’Ottocento, ed è considerata il primo prototipo di computer generico della storia. ↩︎