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张倩编辑

可以吃的「逻辑门」:这些科学家把甜点做成了「迷你计算机」

与、或、非等逻辑门是计算机科学的基本模块,也是我们在学习计算机相关知识时的入门课程。但你有没有想过,它们还可以用来制作糖果。


在过去的十年间,我们见证了食品领域的很多创新,比如 3D 打印食物、可食传感器、机器人料理、AR 用餐等,但迄今为止,这些创新都还是在现有食物的基础上使用技术。


澳大利亚莫纳什大学的一项创新打破了这一局面:他们创造了一种名为「Logic Bonbon(逻辑夹心糖)」的系统,将「逻辑门」直接嵌入了糖果里。


Logic Bonbon 包括一个预制的空心糖果,以及三个不同的「逻辑门」选项,允许调味液体流入糖果。


有了这些逻辑门,你可以将不同的液体引入糖果的中空区域,从而形成不同的味道和颜色组合。此外。Logic Bonbon 还有一个透明的顶层,你可以透过这个顶层看到逻辑门「运行」之后的最终结果。



在过去的三个月里,研究者邀请了 10 名参与者来测试该系统,让他们用不同的味道组合去填充自己的糖果。


「通过与 Logic Bonbon 的互动,参与者可以实际体验和学习逻辑运算。它其实可以称得上是一个微型可食用计算机,它需要输入、执行计算并以不同的组合输出结果,同时显示不同的表情和味道,让用户体验计算的『味道』,」该研究的第一作者、 莫纳什大学 Exertion Games Lab 研究者 Jialin Deng 表示。


「这个项目表明,即使像食材、餐饭这样简单的东西也可以被用作一种媒介,用来向人们介绍计算机的概念,」论文合著者、Exertion Games Lab 负责人 Florian ‘Floyd’ Mueller 表示。

该项目未来可能的研究方向包括开发更复杂的食物计算系统,进一步探索如何支持餐厅为食客提供独特的用餐体验。


论文链接:https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3491102.3501926

技术细节


将 Logic Bonbon 当成一个计算机组件来设计

1、模块化

Logic Bonbon 系统的模块化是一种设计特征,它将系统细分为可以独立创建的较小部分。它们也可以与不同系统的模块互换。Logic Bonbon 系统的每个基本单元都由一组输入模块、一个逻辑门和一个输出模块组成,如图 3 所示。



不可食用的输入模块由一个 3D 打印的底座(图中的 mount,作为托住主体的底盘,同时往上传输液体)、两个流体容器(图中的 fuid reservoir)和两个 L 形接头组成。此外,两个流体回收器(fuid recycler)与底座的另一侧连接,以回收多余的流体。Logic Bonbon 系统的这些部分是不可食用的,可食用部分由多层结构的逻辑门和输出模块组成。

2、Logic Bonbon 的多层结构

受具有平面或夹层结构的微流体芯片的启发,Logic Bonbon 被设计成多层结构,每层都有特定的流体装置和逻辑功能。Logic Bonbon 可以执行「与」、「或」、「异或」逻辑运算。下图 4 展示了可以执行「与」门的 Logic Bonbon 结构。



「底座连接器层(base connector layer」的底侧连接到底座,顶侧连接到「逻辑门层(logic gate layer)」。逻辑门层在实现计算方面起着关键作用。在这一层的顶部是另一个连接器层,它连接到两个「室层(chamber layer)」,其中一个具有溢流口(overfow vent)。这两个室层将填充流体,因此起到显示器的作用,指示计算是否成功。如果两个室层达到最大容量,多余的流体将通过溢流口排出。半透明的「窗口层」位于顶部,为用餐者提供了室层的视图,以便他们可以看到计算是否成功,成功则表示糖果可以吃了。

与 Logic Bonbon 交互

用餐者与 Logic Bonbon 的交互始于他们对输入模块中的液体管施加压力,液体管中装着不同口味的调味汁。

图 5 展示了一个 Logic Bonbon 系统的例子,它带有两个偏好输入「x」和「y」。



这种设计让两种液体(输入)从移液管流出,通过底盘进入 Logic Bonbon(图 6)。


研究者演示了 Logic Bonbon 中的三个逻辑运算及其可能的结果:AND、OR、XOR(如图 7)。每个 Logic Bonbon 都被分配到不同的图标,用以区分三个逻辑门。AND 的门是心形,OR 的门是鸭子形状,XOR 的门是字母 I 的形状。



除了 Logic Bonbon 本身的偏好之外,它的逻辑功能在使用两个「偏好输入」时会生成四种可能的偏好输出:无偏好、偏好 x、偏好 y、混合偏好。

更多细节请参考原论文。

参考链接:https://www.monash.edu/news/articles/using-desserts-to-decode-computer-science
理论逻辑门
相关数据
逻辑技术

人工智能领域用逻辑来理解智能推理问题;它可以提供用于分析编程语言的技术,也可用作分析、表征知识或编程的工具。目前人们常用的逻辑分支有命题逻辑(Propositional Logic )以及一阶逻辑(FOL)等谓词逻辑。

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