Uus metamaterjal lahendab valguskiirusel keerukaid matemaatika ülesandeid ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Analoogarvuti mõõtmed olid 30 x 60 sentimeetrit.
Analoogarvuti mõõtmed olid 30 x 60 sentimeetrit. Autor/allikas: Eric Sucar/Pennsylvania Ülikool

Teadlased on loonud metamaterjali, mis lahendab sellest mikrolaineid läbi lastes peaaegu momentaalselt keerukaid matemaatika ülesandeid. Materjalist võiks tõusta kasu näiteks uute kontserthallide rajamisel ja koduseinte vahel wifi-ruuterile parima asukoha leidmiseks.

Praegu võetakse sedasorti probleemide lahendamisel appi valdavalt arvutisimulatsioonid. Parima võimaliku tulemuseni jõudmiseks tuleb lahendada heli- ja valguslainet levikut kirjeldavaid võrrandeid. Arvutuste tegemine nõuab aga aega ja rohkelt energiat. Pennsylvania Ülikooli materjaliteadlane Nader Engheta otsustas pöörduda tagasi arvutustehnika juurte juurde ja võttis nende tegemiseks appi analoogarvutid.

Enamasti erinevate hammasrataste ja lintide liikumisel või elekrivoolu muutumisel põhinevad süsteemid lahendada äärmiselt kiiresti kindlaid probleeme, ennustada näiteks planeetide liikumist või suunata suurtükkide tuld. Erinevalt digitaalarvutitest pole võimalik jooksutada neil aga erinevaid algoritme. Teisisõnu, iga ülesande lahendamiseks on vaja erinevat arvutit. Käsikäes 3D-printimise võidukäiguga pole see enam aga sedavõrd suur takistus.

Väliselt meenutas Engheta ja ta kaaslaste analoogarvuti õhukest plasttahukat, milles leidus kümneid erisuguse läbimõõdu ja kujuga augukesi ja õõnsusi. Nende mõjul käitus šveitsijuustulik plast metamaterjalina. Looduslikult taolisi materjale ei leidu, mistõttu käitub ebaharilikul viisil ka neid läbiv valgus. Näiteks saab juhtida nendega valgust objektidest mööda viisil, et need paistavad nähtamatutena.

Värske töö raames kasutas Engheta arvutuste tegemiseks mikrolaineid. Augukesed mõjutasid laineid viisil, et see lahendas mikrolainetesse peidetud arvutusülesande. Tahuka teisest otsast väljunud valguslaine täpne kuju ja faas esindas lahendust. Erinevate algandmete sisse söötmiseks muutis töörühm läbi metamaterjali saadetud lainete omadusi.

Engheta märkis kolleegidega, et tulevikus võiks kasutada arvutuste tegemiseks lühema lainepikkusega valgust. See võimaldaks valgusel töötavaid analoogarvuteid oluliselt kahandada. Praegu oli analoogarvuti laius ja pikkus vastavalt 30 ja 60 sentimeetrit. Nähtavat valgust kasutades oleks nende läbimõõt võrreldav inimeste juuksekarva läbimõõduga. Pikas plaanis saaks paigutada töörühma sõnul üksteise kõrval mitmeid väikesi erinevat tüüpi võrrandeid lahendavaid analoogarvuteid.

Pikas plaanis päädiks see väikeste arvutikiipidega, kus ei lähe digitaalarvutust üldse tarvis – arvutusi ei pea tegema enam ühtede ja nullidega. Samuti loodab muuta töörühm hõlpsamaks nende ümberprogrammerimist. Analoogarvutite läbimõõdu kahenemisel saaks kasutada selleks samasugust tehnoloogiat, kui CD-de ümber kirjutamiseks.

Uurimus ilmus ajakirjas Science.

Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: