折纸启发的模块化二进制与三进制机械计算架构

《Nature Communications》：Toward Ternary Computing Enabled by Origami-Inspired Modular Architectures

　　

摘要

现代机械计算被视为实现结构和材料级处理的一条途径，为智能超材料和极端环境下的机器人技术提供了潜力。然而，当前的计算架构仍受二进制范式的限制。在这里，我们提出了一种受折纸启发的模块化架构，该架构将逻辑映射编码到其固有的运动响应中，采用了输入输出解耦的范式，从而支持二进制和三进制机械计算。在这种新兴范式中，两种克雷斯林（Kresling）折纸配置的多稳态作为生成离散信号的物理载体，而这些状态之间的扭转转换则实现了信号切换，支持从逻辑门到高级算术的各种运算。基于这种机械架构，我们系统地展示了七种常见的逻辑门以及二进制和三进制系统中的模块化算术半加器和全加器，通过比较分析揭示了推进多值逻辑研究的挑战与机遇。这一物理平台及其配套的响应编程策略代表了一种简化且通用的范式，为向更高级的机械计算机制过渡提供了支持。