Исследователи собрали активный метаматериал, который сам выстраивает общий ритм и переходит в состояние кристалла времени. Сначала отдельные участки конструкции колеблются каждый по-своему, но постепенно короткие быстрые волны уступают место более крупным и медленным, пока весь материал не начинает двигаться согласованно. Внешний источник задаёт системе энергию, но не диктует ритм.
Авторы работы построили материал из упругих деталей, датчиков, электроники и приводов. Здесь роль частиц играют небольшие механические ячейки, которые реагируют на движение соседей. Поэтому кристалл времени получился не квантовым объектом из атомов или кубитов, а вполне видимой механической конструкцией.
Главный трюк скрывается во взаимодействии соседних ячеек. Обычно действие одного элемента на другой вызывает симметричный ответ, но электроника позволила нарушить это правило. Если первая ячейка воздействует на вторую определённым образом, обратное воздействие может отличаться. Физики называют такое взаимодействие невзаимным.
После включения материала небольшие случайные колебания быстро превращались в короткие волны. Затем волны становились длиннее, сильнее и медленнее, постепенно поглощая более мелкие колебания. Авторы называют этот процесс укрупнением волн. В конце остаётся один устойчивый ритм, который охватывает всю конструкцию.
Физики проверили эффект на двух вариантах материала. Двумерная структура из 37 активных ячеек после перехода порога устойчивости начинала самостоятельно колебаться примерно с частотой 30 Гц. Со временем длинные волны вытесняли короткие, и вся поверхность переходила к согласованному движению. В кольцевой конструкции из 24 моторизованных ячеек происходило то же самое: быстрые деформации постепенно объединялись в крупный медленный цикл.
Одной регулярности недостаточно, чтобы назвать систему кристаллом времени. Общий ритм должен сохраняться при возмущениях, а не исчезать после первого толчка. Эксперименты и расчёты показали, что случайные помехи не разрушали коллективное движение даже при увеличении размера системы. Именно устойчивость повторяющегося движения позволила авторам говорить о кристалле времени.
Получившаяся конструкция при этом не нарушает закон сохранения энергии и не работает сама по себе. Приводы постоянно получают электричество и превращают его в механическое движение. Необычная часть эксперимента в другом: источник питания не задаёт материалу частоту, а общий ритм рождается из взаимодействия самих элементов.
Авторы уже рассматривают следующий шаг, трёхмерные активные материалы, которые смогут изгибаться, скручиваться и сдвигать отдельные участки относительно друг друга. Если удастся поддерживать несколько устойчивых режимов движения и переключаться между ними, один материал сможет менять форму или направление движения без центрального контроллера. Исследователи считают, что такой принцип со временем может пригодиться в мягкой робототехнике и конструкциях, которые координируют движение за счёт собственной внутренней организации.
