Мобильные телефоны, планшеты и другие портативные устройства помогают нам лучше ориентироваться в повседневной жизни, но проблема в том, что из-за долгой эксплуатации эти гаджеты часто выходят из строя. Ученые из Городского университета Нью-Йорка сделали важный шаг на пути к созданию «неубиваемой» электроники, вдохновившись работой британских исследователей, которые получили Нобелевскую премию по физике в 2016 году. Лауреаты премии доказали, что электропроводность вещества может сохраняться, несмотря на изменение формы материала, и связали свою концепцию с топологией − отраслью математики, которая изучает явление непрерывности пространства.
Используя массив нелинейных резонаторов, американская команда создала ленточную диаграмму цепной решетки. Для сигнала с низкой интенсивностью они сконструировали радиотехническую схему, которая поддерживала обычную топологию, поэтому при каждом повреждении ее функциональность резко снижалась. Но так как напряжение увеличивалось за пределами установленного порога, топология автоматически подстраивалась под изменения, и передача сигналов не затруднялась. Все это стало доказательством того, что топологический переход в сетях сделал электронную схему более «выносливой».
«Мы достигли двух основных целей, – говорит один из авторов новой разработки Андреа Алу (Andrea Alù). – Во-первых, мы показали, что можем использовать принципы топологии для облегчения распространения электромагнитных волн в компонентах схемы. А во-вторых, доказали, что присущая этим схемам устойчивость к помехам может быть самоиндуцирована сетью с помощью правильно подобранной нелинейности в цепных массивах».
«Как только мы отправили сигнал с высоким напряжением, схема перенастроилась и стала непрерывной, – говорит соавтор работы, профессор А. Ханикаев (A. Khanikaev). – И поскольку система нелинейна, она способна претерпевать даже самые необычные переходы, что делает процесс передачи сигнала надежным даже при наличии дефектов».
Инженеры утверждают, что их открытие показало, как сложные математические понятия находят свое применение в быту, и надеются, что их работа станет прорывом в производстве портативных устройств, а в будущем может быть использована для создания нелинейных оптических схем.