تخزّن المواد الميتامواد الميكانيكية المعلومات في تبديلات العناصر ثنائية الاستقرار، لكن القراءة حتى الآن كانت تعتمد على الفحص البصري أو القياسات شبه الساكنة. توجد في الأرشيف أعمال مجاورة عن الذاكرة الميكانيكية والتحكم الموجي والمواد الذكية، لكنها إما تقتصر على الكتابة أو تستخدم تأثيرات موضعية. يسد هذا العمل الفجوة: فهو يُظهر أن كلاً من الكتابة والقراءة يمكن تنفيذهما بنبضات ديناميكية عند الأطراف فقط، دون وصول مباشر إلى كل خلية.
بُني سلسلة أحادية البعد من N خلية من نوع «كتلة داخل كتلة». الكتلة الخارجية بوزن 33,6 غ مرتبطة بالكتلة الداخلية بوزن 3,8 غ عبر جمالون فون ميزس ثنائي الاستقرار؛ والكتل الخارجية المتجاورة موصولة بنوابض خطية بصلابة 1020 نيوتن/م. لإحداث لاتناظرية في الصلابة، ثُبّت مغناطيس دائم على أحد جانبي الكتلة الخارجية، ولا يلامس الكتلة الداخلية إلا في الحالة 1. يؤدي هذا إلى إزاحة التردد الرنيني للكتلة الداخلية من 26 هرتز (الحالة 0) إلى 280 هرتز (الحالة 1). نُفّذت الكتابة بنبضة ثنائية القطب واحدة من هزاز منخفض التردد، والقراءة بنبضة ريكر ضعيفة بتردد مركزي 30 هرتز وسعة 1,8 مم، وسُجّل الاستجابة بمقياس تسارع على الكتلة الخارجية للخلية الأخيرة.
بالنسبة لسلسلة من ثلاث خلايا، تمايزت جميع الترتيبات الثمانية في التطور الزمني لتسارع الكتلة الخارجية عند نبضة الاستشعار الضعيفة. كان الحد الأقصى لمعامل الارتباط المتبادل المعياري بين مجموعتي بيانات مستقلتين لنفس الترتيبات قريبًا من الواحد، مما يؤكد موثوقية القراءة. استمرت الطريقة عند تغيير الكتل الداخلية (6,5 غ، 3,8 غ، 8,5 غ) والحواجز الطاقية (0,19 ميجا جول، 1,37 ميجا جول، 0,67 ميجا جول). في سلسلة من ثماني خلايا مع تدرج في ارتفاع الحواجز (من 8,3 مم إلى 12,1 مم على طول العمود)، اعتمد الترتيب النهائي بشكل رتيب على سعة نبضة الإدخال: عند 2,4 مم لم تنقلب أي خلية، وعند 2,9 مم انقلبت خلية واحدة، وعند 4,1 مم انقلبت خليتان، وهكذا. سمح هذا باستخدام البنية كمستشعر سعة متقطع بدقة حوالي 3 ميكرومتر في السعة. بالإضافة إلى ذلك، عند الترددات 35 هرتز و38,5 هرتز و47,5 هرتز، تغيّرت الطاقة الحركية للخلية الأخيرة بشكل كبير عند تبديل الحالات: زيادة بنسبة 180% و695% عند 35 هرتز، وانخفاض بنسبة 29% و42% عند 38,5 هرتز، وتغير غير رتيب بنسبة 66% و55% عند 47,5 هرتز.
يتميز هذا العمل عن الأبحاث المجاورة بدمج الكتابة الديناميكية والقراءة الديناميكية في بنية واحدة، واختبار ذلك تجريبيًا على سلاسل بخلايا غير متطابقة. ليس هذا مجرد طريقة أخرى لتخزين البتات، بل هو إظهار أن النظام الميكانيكي يمكن أن يكون في الوقت نفسه ذاكرة ومستشعرًا ومرشحًا موجيًا قابلًا للضبط. يفتح هذا النهج الطريق أمام أجهزة حوسبة ميكانيكية بالكامل دون إلكترونيات.
يمكن توسيع المبدأ بسهولة ليشمل عددًا أكبر من الخلايا لزيادة سعة الذاكرة، وشبكات ثنائية أو ثلاثية الأبعاد للتحكم في اتجاه الموجات. قد يؤدي تحسين هندسة الخلايا إلى زيادة سرعة وموثوقية التبديل. ومن المثير للاهتمام أيضًا دراسة دورات الكتابة والقراءة المتعددة وتأثير تعب المواد على الاستقرار طويل الأمد للحالات.
ستؤثر النتائج على تطوير الروبوتات اللينة والأجهزة الصوتية التكيفية وأجهزة الكمبيوتر الميكانيكية، حيث تكون الإلكترونيات غير مرغوبة أو يتطلب العمل في ظروف قاسية.
تشمل الخطوات التالية اختبار سلاسل بعشرات الخلايا، ودراسة مصفوفات ثنائية الأبعاد للترميز المكاني، وتطوير بروتوكولات قراءة مقاومة للضوضاء في وجود اهتزازات خارجية.
بالنسبة للمواد الميتامواد الميكانيكية، يبقى السؤال مفتوحًا حول الاستقرار طويل الأمد للحالات ثنائية الاستقرار تحت الأحمال الدورية، والحد الأدنى من الطاقة اللازمة للتبديل الموثوق. لا يحل هذا العمل هذه المشكلات، لكنه يوفر منصة تجريبية لدراستها بشكل منهجي.
الفرق بين الترددين الرنينيين للحالتين 0 و1 هو 254 هرتز، وهو مشابه للفرق بين نغمة منخفضة من الكونترباص ونغمة عالية من الكمان.
فكرة الذاكرة الميكانيكية دون إلكترونيات تذكّر بالحواسيب في رواية «الكثيب» لفرانك هربرت، حيث دفع حظر الآلات المفكّرة البشر إلى ابتكار تقنيات بديلة لمعالجة المعلومات.