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物理学 > 经典物理

arXiv:2509.26317v1 (physics)
[提交于 2025年9月30日 ]

标题: 利用振荡动力学实现可重新编程的机械功能

标题: Harnessing Oscillatory Dynamics for Reprogrammable Mechanical Functionality

Authors:Sophie Monnery, Giada Risso, Loucas Plado Costante, Arnaud Lazarus, Katia Bertoldi
摘要: 在"机械计算"领域,一个长期的目标是创建真正可重新编程的机械结构,其中每个单元的功能可以动态地定义、修改和按需访问,就像在硬盘上重写数据一样。 先前的努力主要集中在双稳态的基本单元上,它们模仿二进制状态,但针对此类单元的大阵列进行编程的稳健且高效的方法仍然有限。 在本研究中,我们介绍了一种定义和重新配置机械位状态的新方法。 具体而言,我们研究了边界条件打破对称性的摆列阵列,这有效地将它们转化为机械位。 当驱动时间相对于自然振荡周期较短时,每个摆的狀態可以通过仅调整全局边界条件的時間來控制。 这种机制实现了快速重新编程、任意信息写入,甚至可以构建一个"机械钢琴",在仅几个振荡周期内生成用户定义的音符和和弦序列。 由于它能与各种功能无缝集成,我们的策略为可重新编程的机械系统建立了一个可扩展的框架,并可以很容易地推广到其他振荡系统,如膜或梁。
摘要: A long-standing goal in the field of "mechanical computing" is the creation of truly reprogrammable mechanical structures, where the function of each unit can be dynamically defined, modified, and accessed on demand, much like rewriting data on a hard drive. Prior efforts have largely focused on bistable building blocks, which mimic binary states, but robust and efficient methods for programming large arrays of such units remain limited. In this study, we introduce a new approach for defining and reconfiguring the state of mechanical bits. Specifically, we investigate arrays of pendula whose boundary conditions break symmetry, effectively transforming them into mechanical bits. When actuation times are short compared to the natural oscillation periods, the state of each pendulum can be controlled solely by adjusting the timing of global boundary conditions. This mechanism enables rapid reprogramming, arbitrary information writing, and even the construction of a "mechanical piano" capable of generating user-defined note and chord sequences within only a few oscillation cycles. Because it integrates seamlessly with diverse functionalities, our strategy establishes a scalable framework for reprogrammable mechanical systems and can be readily generalized to other oscillatory systems like membranes or beams.
评论: 5页正文,含4个图。8页补充信息,含12个图。
主题: 经典物理 (physics.class-ph)
引用方式: arXiv:2509.26317 [physics.class-ph]
  (或者 arXiv:2509.26317v1 [physics.class-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.26317
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Sophie Monnery [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 9 月 30 日 14:27:17 UTC (41,494 KB)
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