Книга с защёлками на страницах: перелистнуть можно, только если знать, как щёлкнуть по краю. Примерно так устроен механический метаматериал, о котором пойдёт речь. Каждая ячейка в нём — это маленькая масса внутри большей, соединённая с ней упругой фермой. Ферма может находиться в двух устойчивых положениях, как выключатель. В одном положении внутренняя масса почти не связана с внешней, и вся конструкция отзывается на толчок одним образом. В другом — к внутренней массе прижимается магнит, и отклик меняется радикально: резонансная частота прыгает с 26 до 280 герц. Это как если бы одна и та же струна начинала звучать то как контрабас, то как скрипка.
В эксперименте собрали цепочку из трёх ячеек. Каждую переключали в то или иное состояние, а потом по границе пускали короткий зондирующий импульс — такой, что сам ничего не переключает, лишь слегка встряхивает систему. Акселерометр на последней ячейке записывал ускорение во времени. Оказалось, что для всех восьми возможных комбинаций состояний отклик получается свой, как отпечаток пальца. Даже если ячейки не одинаковые — с разными массами и высотой энергетического барьера — метод работает. Проверили на цепочке из восьми ячеек: чем сильнее входной импульс, тем больше ячеек переключается, и по числу переключений можно измерить амплитуду с точностью до трёх микрометров.
До этой работы механическая память напоминала книгу, которую можно писать, но нельзя читать, не открывая. Теперь появился способ читать её по звуку перелистываемых страниц — не касаясь самих страниц. Причём тот же механизм годится и как датчик силы толчка, и как фильтр для волн. Механический компьютер без единого транзистора становится чуть ближе: ему больше не нужен сторонний наблюдатель с лупой.
Пока это цепочки из нескольких ячеек, но принцип легко расширить. Можно собрать десятки ячеек в линию, а потом и двумерные решётки, чтобы управлять волнами в пространстве. Остаются вопросы долговечности: сколько циклов переключений выдержит ферма, не устанет ли магнит? Но уже сейчас ясно: механическая память, которую читают волной, — не теоретическая игрушка, а работающая конструкция, собранная на столе.
Разница резонансных частот между состояниями 0 и 1 составляет 254 Гц, что сопоставимо с разницей между низкой нотой контрабаса и высокой нотой скрипки.
Идея механической памяти без электроники перекликается с вычислителями из «Дюны» Фрэнка Герберта, где запрет на мыслящие машины заставил людей создавать альтернативные технологии обработки информации.