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Los investigadores diseñaron metamateriales que pueden resolver ecuaciones

Los investigadores diseñaron metamateriales que pueden resolver ecuaciones

Los metamateriales son materiales diseñados para tener propiedades que no se encuentran en materiales naturales. El campo implica el diseño de estructuras complicadas, algunas de las cuales pueden manipular ondas electromagnéticas.

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Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania han diseñado metamateriales que pueden resolver ecuaciones.

Cálculo fotónico

Conocido como "cálculo fotónico", el proceso funcionaría codificando parámetros en las propiedades de una onda electromagnética entrante. Luego, la onda se enviaría a través de un dispositivo de metamaterial.

Una vez dentro, la estructura del dispositivo cambiaría la onda de tal manera que saldría codificada con la solución a una ecuación preestablecida.

Los investigadores demostraron este experimento de prueba de concepto por primera vez con microondas. Pero el proyecto se puede reducir a ondas de luz para que quepa en un microchip.

Estos dispositivos de metamateriales funcionarían como computadoras analógicas que funcionan con luz en lugar de electricidad. Como tal, podrían resolver ecuaciones mucho más rápido que sus contrapartes digitales, utilizando menos energía.

Queso suizo

"Nuestro dispositivo contiene un bloque de material dieléctrico que tiene una distribución muy específica de orificios de aire", dijo Engheta, profesor de H. Nedwill Ramsey en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas. "A nuestro equipo le gusta llamarlo 'queso suizo'".

Este dispositivo de queso suizo tiene un patrón de regiones huecas que está configurado para resolver una ecuación integral con un "núcleo" dado. Este núcleo se refiere a la parte de la ecuación que describe la relación entre dos variables.

"Por ejemplo, si intenta planificar la acústica de una sala de conciertos, puede escribir una ecuación integral en la que las entradas representen las fuentes del sonido, como la posición de los altavoces o instrumentos, así como el volumen con el que suenan. Otras partes de la ecuación representarían la geometría de la habitación y el material del que están hechas sus paredes. Resolver esa ecuación te daría el volumen en diferentes puntos de la sala de conciertos ", dijo el miembro del laboratorio Brian Edwards.

En esta ecuación integral, las características de la habitación están representadas por el núcleo de la ecuación. Es esta parte de la ecuación que los investigadores pueden representar de manera física, mediante la disposición de los orificios de ventilación del queso suizo.

"Nuestro sistema le permite cambiar las entradas que representan las ubicaciones de las fuentes de sonido cambiando las propiedades de la onda que envía al sistema", dijo Engheta, "pero si desea cambiar la forma de la habitación, por ejemplo, tendrá que hacer un nuevo kernel ".

Su dispositivo ya es muy prometedor a pesar de haber sido construido con microondas.

"Incluso en esta etapa de prueba de concepto, nuestro dispositivo es extremadamente rápido en comparación con la electrónica", dice Engheta. "Con las microondas, nuestro análisis ha demostrado que se puede obtener una solución en cientos de nanosegundos, y una vez que la llevamos a la óptica, la velocidad estaría en picosegundos".

El estudio se publica enCiencias.


Ver el vídeo: How to solve a whole first degree equation. Example 2 (Junio 2021).