Granular metamaterials are a promising choice for the realization of mechanical computing devices. As preliminary evidence of this, we demonstrate here how to embed Boolean logic gates (AND and XOR) into a granular metamaterial by evolving where particular grains are placed in the material. Our results confirm the existence of gradients of increasing "AND-ness" and "XOR-ness" within the space of possible materials that can be followed by evolutionary search. We measure the computational functionality of a material by probing how it transforms bits encoded as vibrations with zero or non-zero amplitude. We compared the evolution of materials built from mass-contrasting particles and materials built from stiffness-contrasting particles, and found that the latter were more evolvable. We believe this work may pave the way toward evolutionary design of increasingly sophisticated, programmable, and computationally dense metamaterials with certain advantages over more traditional computational substrates.


翻译:粒子元材料是实现机械计算装置的一个很有希望的选择。 作为初步证据, 我们在此展示如何通过在特定粒子放置于材料中的变化将布尔逻辑门( AND 和 XOR) 嵌入颗粒元材料中。 我们的结果表明, 在可能的材料空间中存在着“ 自动” 和“ XOR 性” 的梯度, 以进化搜索为依托。 我们测量材料的计算功能, 检验它如何将被编码成零或非零振动的比特进行转换。 我们比较了从大规模扰动粒子和从硬度相扰粒子中制造的材料的进化过程, 并发现后者更易变。 我们认为, 这项工作可能为日益精密、 可编制和计算密度的元材料的进化设计铺平了道路, 并比更传统的计算分层更具有某些优势 。

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