Un ordinateur en caoutchouc souple

Un morceau de caoutchouc ondulé peut fonctionner comme un simple ordinateur, affichant la mémoire et affichant la capacité de compter jusqu’à deux. Des physiciens de l’Université de Leiden et de l’institut de recherche AMOLF à Amsterdam qui étudient les métamatériaux mécaniques publient des articles sur le caoutchouc informatique dans la revue PNAS. « Des matériaux simples peuvent traiter des informations, et nous voulons trouver les principes qui sous-tendent cela. »

Là où d’autres physiciens utilisent des télescopes, des microscopes ou des accélérateurs de particules pour étudier leurs sujets, Martin van Hecke et Hadrien Bense se contentent d’utiliser des morceaux de caoutchouc, qu’ils plient et filment. De cette façon, ils ont prouvé que même un matériau extrêmement simple est capable d’effectuer une sorte de traitement de l’information.

Une vidéo réalisée par les chercheurs (à la fois à l’Université de Leiden et à l’institut de recherche AMOLF à Amsterdam) montre un morceau de caoutchouc ondulé, lentement écrasé par le haut à l’aide d’une presse. Tout d’abord, les ondulations se plient lentement, mais à un certain point, elles se cassent, ce qui signifie qu’elles prennent soudainement une autre forme. Bense et Van Hecke ont décidé de considérer ces points d’accrochage comme des « bits », qui passent de 0 à 1 lorsqu’ils se déforment et reviennent à 0 lorsqu’ils se désenclenchent.

À l’aide de la caméra et de la patience de Bense, ils ont cartographié tous les états. Les choses se compliquent rapidement : un morceau de caoutchouc montrant trois bits peut théoriquement exister dans huit états. Chaque basculement de bit signifie une transition vers un autre état.

Les choses sont devenues plus intéressantes

Le domaine dans lequel le groupe est pionnier s’appelle les « métamatériaux mécaniques », des matériaux dont les propriétés dépendent de la structure mécanique, au lieu des seules propriétés du matériau lui-même.

Initialement, le caoutchouc ondulé est passé par quatre états : d’aucun bit activé (000) à tous les trois bits activés (111), puis de nouveau lorsque la pression est relâchée. Mais les choses sont devenues plus intéressantes lorsque Bense a légèrement incliné la plaque de sol. De cette façon, une certaine distorsion est introduite, ce qui fait que les bits s’influencent les uns les autres.

Le schéma devient maintenant beaucoup plus compliqué, permettant d’atteindre jusqu’à sept états différents. De manière cruciale, l’augmentation et la diminution parfois de la pression entraînent un état dans lequel le système n’a jamais été auparavant. « C’est une sorte de mémoire », dit Bense, « l’état du système dépend non seulement de la pression, mais aussi de son passé. »

Les candidatures suivent toujours

Un autre morceau de caoutchouc montre un comportement de comptage. Un état est atteint après une pression et relâchement, un autre état, après une seconde pression et relâchement. « Donc, en effet, il compte le nombre de compressions », explique Bense. « C’est une forme de traitement de l’information, même si c’est très simple », explique Van Hecke.

Dans l’article, les chercheurs décrivent des expériences et des calculs, et théorisent sur l’influence mutuelle des bits, afin de comprendre les séquences de retournements de bits. « Les candidatures suivront probablement », dit Van Hecke, « mais je ne sais pas lesquelles. » Des recherches antérieures sur les métamatériaux mécaniques ont conduit à des baskets absorbant les chocs et à des améliorations de la robotique douce. « Les applications arrivent toujours », explique Van Hecke, « Mais nous cherchons d’abord à déterminer les principes derrière ces métamatériaux. »