(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-13
(45)【発行日】2023-10-23
(54)【発明の名称】効率的で生産性の高い機械式コンピューティング
(51)【国際特許分類】
G06C 15/00 20060101AFI20231016BHJP
【ＦＩ】
G06C15/00
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023518999
(86)(22)【出願日】2021-09-22
(86)【国際出願番号】 US2021051407
(87)【国際公開番号】W WO2022066680
(87)【国際公開日】2022-03-31
【審査請求日】2023-05-18
(31)【優先権主張番号】63/083,265
(32)【優先日】2020-09-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/083,276
(32)【優先日】2020-09-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】519063358
【氏名又は名称】シービーエヌ ナノ テクノロジーズ インク．
【氏名又は名称原語表記】ＣＢＮ ＮＡＮＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】ライリー， ジェイムズ， エフ．， ザ・サード
(72)【発明者】
【氏名】ジョブズ， マーク， エヌ．
(72)【発明者】
【氏名】センプレボン， ジェフリー， イー．
【審査官】豊田 真弓
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４８５５２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０４７８８４５３（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０５８９２３０１（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１１６４８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１４２４４０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｃ １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
論理機構であって、被駆動要素と、
異なる値を定義する２つの機械式の出力と、
少なくとも２つの機械式の入力と、を備え、
前記被駆動要素は、前記入力を順次配置するように変位させられ、
少なくとも１つの制御要素は、前記入力によって位置決めされ、
前記制御要素（複数可）は、前記制御要素（複数可）の位置（複数可）に基づいて、前記被駆動要素と前記出力の少なくとも１つと相互作用し、前記被駆動要素の動きが前記出力の何れに伝達されるか否かを決定し、
前記制御要素（複数可）の少なくとも１つは、２つ以上の位置にあるときに、そのような決定を行う際に同じ機械的効果を提供する、論理機構。
【請求項2】
請求項１に記載の論理機構であって、前記制御要素は、前記被駆動要素及び前記出力の１つのうち少なくとも１つの運動を選択的にブロックする役割を果たす、論理機構。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載の論理機構であって、前記被駆動要素の動きが前記出力の何れに伝達されるかの前記決定は、前記入力の少なくとも２つの位置についてのブール論理演算によって定義され、
前記ブール論理演算は、ＮＯＲ，ＮＡＮＤ，又はＸＯＲの論理演算である、論理機構。
【請求項4】
請求項１～請求項３の何れか１に記載の論理機構であって、前記入力（複数可）及び前記出力（複数可）はカーボンナノチューブで構成される、論理機構。
【請求項5】
請求項１～請求項４の何れか１つに記載の論理機構であって、前記論理機構の体積が０．００１ｍｍ３以下である、論理機構。
【請求項6】
請求項１～請求項５の何れか１つに記載の論理機構であって、前記論理機構において、前記出力（複数可）の配置のために必要な力は１μＮ以下である、論理機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、機械式論理構造に関するものであり、小型化、効率化、及び／又は小スケールでの製造が可能な論理機構の方式を含む。
【背景技術】
【0002】
機械式論理及びコンピューティングデザインは、１８３７年に記述されたＢａｂｂａｇｅのＡｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅにさかのぼる。最近では、ナノテクノロジー・コンピュータのための機械式論理の開発に関心が集まっていて、例えばＤｒｅｘｌｅｒが１９９２年に出版した「Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ， Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ， ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ」に記載されているロッドロジックなどがある。エネルギー消費を低減するように設計された機械式論理機構は、米国特許の第１０，４８１，８６６号、第１０，６６４，２３３号、第１０，９４９，１６６号、及び米国特許公開２０２１／０１４９６３０号に教示されている。'８６６号特許で教示されているような機構は、メカノシンセシスによる分子規模の製造に適するように設計されている（例えば、米国特許の第８，１７１，５６８号、第８，２７６，２１１号、第９，６７６，６７７号、第１０，０６７，１６０号、第１０，０７２，０３１号、第１０，１３８，１７２号、第１０，１９７，５９７号、第１０，３０８，５１４号、第１０，３０９，９８５号、第１０，８２２，２２９号、第１０，８２２，２３０号に示されている技術のように）。しかしながら、このような機構は、典型的には、マイクロ及びナノリソグラフィ技術、他のＭＥＭＳ（「マイクロエレクトロメカニカルシステム」）又はＮＥＭＳ（「ナノエレクトロメカニカルシステム」）技術などの従来の技術、及び巨視的製造技術（例えば、ＣＮＣ、キャスト、成形、３Ｄプリント）を使用して、計算、計算システムの試験及び設計、並びに教育モデルなどの目的に適した機械式計算装置を作製して大規模作製することにも適している。
【発明の概要】
【0003】
以下に述べる事項は、本願で請求される幾つかの発明的側面の理解を容易にするために、本発明の幾つかの側面について概要を述べるものである。しかしながら、以下の概要は、限定解釈の意図を持つものではなく、追加の発明的側面は、本開示及び請求項の全体から明らかになるであろう。
【0004】
本開示に係る論理機構は、２つ以上の機械式の入力と少なくとも１つの機械式の出力とを有し、入力の位置に基づいて出力（複数可）の位置を定義するように構成される。機構は２つ以上の出力を有してもよい。幾つかの場合において、入力は、機構の被駆動要素（追加の入力とみなすことができる）が変位した後に、１つ以上の出力が存在する位置を決定する。幾つかの場合において、入力の動きは、直接出力（複数可）を特定の位置に移動させる。
【0005】
幾つかの機構は、入力によって位置決めされる少なくとも１つの制御要素を有し、制御要素（複数可）は、被駆動要素及び出力の何れか又は両方と相互作用し、被駆動要素の動きが出力に伝達されるか否かを決定し、さらに、制御要素（複数可）の少なくとも１つが２つ以上の位置で同じ機能を提供することを条件とする。幾つかのこのような機構では、制御要素（複数可）は、被駆動要素から出力への動きの伝達のための経路を形成するように位置決め可能である。
【0006】
幾つかのこのような機構では、入力の少なくとも１つが被駆動要素と係合して、出力に動きが伝達されないように被駆動要素を整列から外すことができる。他のこのような機構では、入力の位置は、複数の位置を有する制御要素の少なくとも１つの位置を定義し、被駆動要素の動きが出力に伝達されるか否かの決定は、２つ以上の位置に対して同じである。このような機構では、制御要素は、被駆動要素と出力との間の動きの伝達のための経路を提供する役割を果たしてもよく、他の機構では、被駆動要素と出力のうち少なくとも一方の動きをブロックする役割を果たしても良い。
【0007】
２つ以上の入力を有する機構であって、動きが出力に伝達されるか否かがその２つ以上の入力により決定される機構においては、そのような決定は、少なくとも２つの入力の位置のブール論理演算によって定義されてもよく、そのようなブール論理演算は、ＮＯＲ、ＮＡＮＤ、又はＸＯＲ論理演算であり得る。
【0008】
幾つかの機構は、被駆動要素と出力との間に選択的に介在可能な少なくとも１つの運動伝達要素を有し、運動伝達要素（複数可）の位置（複数可）は、入力（複数可）の位置（複数可）によって定義され、入力（複数可）の位置（複数可）が、動きを伝達するように運動伝達要素（複数可）が被駆動要素と出力との間に介在されるか／介在されないかを決定するようになっている。運動伝達要素（複数可）は、入力（複数可）に取り付けられてもよく、それによって直接位置決めされてもよい。運動伝達要素は、少なくとも２つの入力の組み合わせ位置によって位置決めすることが出来る。機構は、運動伝達要素が活性部分と非活性部分とを有するように構成されてもよく、この活性部分は、被駆動要素と出力との間に介在したときにこれらの間で動きを伝達させるように作用し、この非活性部分は、被駆動要素と出力との間に介在したときに出力に動きを伝達せずに被駆動要素の動きを収容できる。
【0009】
幾つかの機構において、被駆動要素と出力とが整列位置を有し、その整列位置において被駆動要素の動きが出力に伝達されるようにこれらが配置され、且つ１つ以上の入力が、被駆動要素と出力とのうち少なくとも一方を変位させてその整列位置から離脱させるように位置することが可能である。幾つかの場合には、被駆動要素は、そのような整列から外されない限りは動きを出力に伝達するように整列され、少なくとも１つの入力は、被駆動要素を整列から外すように又は整列から外さないように作用する。被駆動要素は、出力と整列されて変位したときに出力と直接係合してもよい。
【0010】
幾つかの機構は運動制御構造を採用していて、この運動制御構造は少なくとも１つの運動制御要素を有しており、この少なくとも１つの運動制御要素は運動制御構造を複数の位置に選択的に配置するために入力によって位置決めされ、運動制御構造は、少なくとも、運動収容形態（出力を動かすことなく被駆動要素の動きを収容可能）と、運動伝達形態（運動制御構造の少なくとも１つの要素によって被駆動要素の動きが出力に伝達される）と、を含む。幾つかのそのような機構では、運動制御構造は、単一の運動制御要素によって提供される。機構は、被駆動要素と出力との間の動きの伝達のための経路を提供する制御要素、及び／又は、被駆動要素、出力、又はその両方の動きをブロックする制御要素を採用することが出来る。
【0011】
機構は、第１及び第２の機械式の入力と、少なくとも１つの機械式の出力と、少なくとも第１の入力によって位置決め可能な少なくとも１つの制御要素と、を有することができ、制御要素（複数可）は、第１及び第２の入力の位置に基づいて出力（複数可）の結果位置（複数可）を決定するように作用し、このような出力（複数可）の位置（複数可）は、入力位置についてのブール論理演算によって定義され、制御要素の少なくとも１つは、２つ以上の位置で同じ機能を提供する。このような機構において、２つ以上の制御要素が存在してもよく、各々が入力の１つによって位置決めされてもよい。幾つかの機構では、入力の位置決めは出力（複数可）を位置決めするように作用し、他の機構では、そのような位置決めは、出力（複数可）が被駆動要素の動きによって変位するか否かを決定するように作用する。幾つかの機構において、制御要素（複数可）は、第２の入力の動きに応答して出力（複数可）の動きを決定する。
【0012】
上述したような多くの機構では、入力（複数可）と出力（複数可）は、カーボンナノチューブで構成することができる。機構は、０．００１ｍｍ３を超えない体積を占めるように、及び／又は、出力（複数可）を配置するために１μＮを超えない力を要するように、十分に小さく作製することができる。
【0013】
上記の多くの機構では、出力は、出力によって定義される値とは異なる値を定義する少なくとも１つの相補的出力によって補うことができ、入力（複数可）の位置（複数可）は、出力又は相補的出力（複数可）に動きが伝達されるか否かを決定するものである。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
図面及び添付の説明には、構築可能な論理機構の幾つかの例が示されており、その多くは、同等の機能を提供するための米国特許第１０，４８１，８６６号及び関連特許／出願で教示された構造に比べて、簡略化された構造、より少ない部品、及び／又はより小さいサイズを提供する。特定の例が例示されているが、同じ方策を採用する代替的なアレンジメントは、特定の例の変形を使用して設計され得る。多くの場合、明確さの理由から、アンカー構造、ガイド構造、入力を所望の値に設定するための構造、クロック信号発生器（これは、例えば、モータ、歯車、カム、カムフォロア、及び関連するリンケージ及び他の部品から構成され得る）、クロック信号を分配及び／又は方向転換するための構造（例えば、電子機器においてバスバーと呼ばれるものと物理的に等価である）、出力からの動きを分配及び／又は方向転換するための要素、１ビット以上の情報を一時的に保持するためのバッファなどの、機械式コンピューティングデバイスに採用される従来の追加的な要素は示されていないことに留意されるべきである。示された例の多くは、従来の製造技術（マイクロ及びナノスケールのリソグラフィーを含む）によって製造されるようにスケールされた構造に関するものであるが、等価な分子スケール及び原子レベルの精密構造が、類似した部品配置を持つように形成されることが可能であろう。
【0023】
論理機構の幾つかの例が図示及び説明されていて、この幾つかの例は、２つ以上の機械式入力の位置に基づいて１つ以上の機械式出力の位置を定義するための異なるスキームを組み込んだものである。一般に、各入力及び各出力は、その位置によって値を定義する又は符号化する可動要素である。１つのスキームでは、ニュートラル位置からの変位は１の値を示し、そのような変位がない場合は０の値を示す。他のスキームでは、相補的な要素のセットが採用され、複数の要素のうちの１つが移動して出力値などの値を示すこともある。２値方式の例では、１つの出力が移動して１の値を示し、もう１つの出力が移動して０の値を示す。これらの出力オプションは、他の機構の対応する入力オプションと一致させてもよい。機構は、シングル入力又はデュアル入力（「シングルレール」及び「デュアルレール」とも呼ばれる）を使用するように設定可能である。デュアルレール入力は、可能な入力と入力値がそれぞれ独自のラインを持つものである。例えば、ＡとＢという２つの入力があり、それぞれが０又は１の値を持つことができる場合、４つの入力ライン、即ち、Ａ＝０、Ａ＝１、Ｂ＝０、Ｂ＝１がある。どのような計算でも、各入力について１つの入力ラインが、論理的に「真」を意味する位置に設定される。例えば、（Ａ，Ｂ）＝（１，０）であれば、Ａ＝１ラインがセットされ、Ｂ＝０ラインがセットされる。これは、１つのラインがＡを表し１つのラインがＢを表しそのラインの位置に応じて例えば値が０か１かが判断される方式（通常、１に対して変位され、０に対して変位されない）とは、異なるものである。シングル入力は入力ラインの数を減らすことができるが、デュアル入力は機構の簡略化やその他の改善などのメリットがある。いずれの方式でも任意の論理演算が可能である。
【0024】
特定の用途については、特定の実施例の特徴を組み合わせて特定の状況及び／又は用途に最適化された機械式論理機構を提供することが、有益であり得る。ある機構においては、入力（複数可）の位置決めは、出力（複数可）の位置を直接決めるように働き、別の機構においては、入力（複数可）の位置が決められることにより、機械式クロック信号等の被駆動要素が変位することに応答する出力（複数可）の位置（複数可）が定義される。このような被駆動要素は、入力とみなすことができるが、１つ以上のデータ入力を配置するように順次変位させられる。機械式コンピューティングデバイスにクロック信号を提供するのに適した機構の例は、米国特許第１０，６８３，９２４号及び国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０３１６４５に教示されている。
【0025】
ここで教示される幾つかの論理機構において、当該機構は、要素が整列しているか否かに従って機械式出力値が決まるように設計され、そのような整列又は不整列は１つ以上の機械式入力値の位置に基づいていて、且つ、そのような整列又は不整列は、被駆動要素（これは、ここで用いられるように、「クロック信号」又は「入力」でもよい）から特定の出力へと運動を伝達する経路があるか否かを決定するように機能する。機械式の入力は、運動伝達経路を形成するために要素を整列させるように配置されてもよく、及び／又はそのような経路の形成を避けるために要素を整列位置から変位させるように作用してもよい。機械式の入力は、被駆動要素が機械式のクロック信号などによって変位したときに、被駆動要素が特定の出力と係合しないか又は係合するように、被駆動要素を直接に整列から外したり又は整列させたりする役割を果たしてもよい。幾つかの機構では、出力への運動伝達経路を定義する整列又は不整列は、被駆動要素の可能自由運動に対して加えられる制限を定義する入力（複数可）として特徴付けられ、出力を動かす力を付与することなく被駆動要素の動きを収容可能か否かを決定することができる。
【0026】
幾つかの論理機構では、入力が並列に作用して、整列された運動伝達経路が存在するか否かを決定する。入力自体に加えて、入力により位置決めされ且つ運動を伝達する経路が存在するか否かを決定する要素が採用されてもよく、この要素は、機構の特定の構成に応じて「制御要素」、「運動伝達要素」、及び／又は「運動制御要素」とみなされてもよい。
【0027】
ここで教示される幾つかの論理機構において、１つ以上の構成要素は、異なる入力値に対して同じ結果の出力値を提供するために、入力位置を混同するように構成される。幾つかの機構では、このような混同は、上述したように、異なる入力の位置が類似した要素の整列又は不整列（より典型的）を提供するような方法で、要素の整列及び／又は不整列から生じる。幾つかの機構では、このような混同は、特定の出力が動くのを阻止する役割を果たす２つ以上の位置を有するブロック要素、２つの位置の何れかにおいて別の要素を同じ距離だけ動かす制御要素、又は２つ以上の位置で動きを収容又は伝達する制御要素のように、２つ以上の位置で機構内に同じ機械的効果を提供する論理機構内の少なくとも１つの構成要素から生じる。
【0028】
ここで教示される様々な機構は、ＮＯＲ又はＮＡＮＤゲートの「汎用的な」論理機能を提供し、これらは、他の任意のブール論理機能を提供するように構成及び／又は組み合わせられることが可能である。適切なクロック方式を用いて、メモリを提供するフリップフロップを形成するためにＮＯＲ又はＮＡＮＤゲートを接続することができる。シンプルな論理ゲートに基づく算術論理演算及び／又はメモリを提供するためのより洗練された機構は、そのようなより上位の機構が類似の電子論理ゲート及びそれらの組み合わせを用いて例えばシフトレジスタ、加算器、及び更に上位の機構、完全なコンピューティングシステムに至るまで構築されてきている方法と同様の方法で形成されうるであろう。同じパラダイムを用いた他のデバイスとして、半加算器、全加算器、リップルキャリー加算器などが設計されうるであろう。電子論理ゲートから上位の構造を構築するのと類似の方法で、汎用ゲートから上位の機構を形成することができるが、そのような機構は、１つ以上の入力値に基づいて１つ以上の出力値を得るために、ここで教示されたパラダイムを用いてより直接に作製されることも可能であろう。
【0029】
本メカニズムは比較的単純な構造であるため、従来のＭＥＭＳ製造技術を用いたマイクロスケールでの製造、又はナノリソグラフィやメカノシンセシスによる分子集合体などの技術を用いたナノスケールでの製造に適している。マイクロスケールでの製作では、一辺が１００μｍの立方体の体積に収まるような機構が得られ、１μＮ以下の作動力で動作するようなデバイスが期待される。更に小さな機構であれば、１０μｍや１μｍの立方体の体積に収まるように製作することができ、その場合の作動力は１００ｎＮや１０ｎＮなど、より小さなものになる。更に小さなデバイスは、ナノスケールの製造技術によって作製され、一辺が１００ｎｍの立方体の体積内に収まる可能性があり、あるいは５０ｎｍの立方体、２５ｎｍの立方体、又は１０ｎｍの立方体の内部に収まるほど小さくできる可能性もある。ここで議論される機構の多くについて、言及された第１及び第２の部分、入力、及び出力などの構成要素は、カーボンナノチューブ又はダイヤモンド、ロンズデーライト、又はダイヤモンドイド材料の構造で構成され得る。ナノスケールの機構では、作動力は１ｎＮ又はそれ未満となりうるであろうし、また、分子動力学シミュレーションからの導出によれば、部品の動きを調整するためにＮＣＦを使用する論理ゲートなどの幾つかの機構は、１００ｐＮ以下、あるいは１０ｐＮ以下の作動力で機能するであろう。
【0030】
ナノスケールの機構では、多くの要素が、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ダイヤモンド、ロンズデーライト、及び／又はダイヤモンドイドなどの材料から形成され、剛性構造を持つことができる。ＣＮＴは、炭素原子の六角形構造を五角形や七角形に置き換えることで、所望の形状に曲げたり分岐させたりすることができる。フレキシブル要素は、グラフェンシート、リボン、又は同様のグラフェン形状、ポリイン、ポリテトラフルオロエチレン、ハイドロカーボン又はその置換変異体、又は特定の用途に必要な適切な直径、長手方向の剛性、及び横方向の柔軟性の特性を備えた他の構造である。ハイドロカーボンヒンジ、シングルボンド（例えば、アセチレン）ロータリージョイント、又はネストされたＣＮＴは、接続要素間のピボットジョイントを提供するために使用され得る。これらの例によって、採用可能な材料が限定されるものとは考えるべきではない。
【0031】
図１Ａ～図１Ｄは、図示されているように、ＮＡＮＤゲートを提供するように構成される機構１００を示す図である。機構１００は、バランス１０６に係合する可撓性のＵ字型部材に形成された入力１０２及び１０４を有し、バランス１０６は、今度はノッチ１１０を有する制御要素１０８を位置決めする。機構１００はまた、バランスの機能を果たす別の可撓性のＵ字型部材である被駆動要素１１２を有し、その上に２つの出力１１４及び１１６を有する。制御要素１０８の位置に応じて、ノッチ１１０は、（仮想線で示すように）変位される被駆動要素１１２に応答する出力１１４（ここでは、０の出力値を表すように選択される）又は出力１１６（１の出力値を有するように選択される）の通過を許容するように位置決めされる。図示の例では、（図１Ａ、１Ｂ、１Ｃにそれぞれ示すように）（０，０）、（０，１）、（１，０）の入力位置に対して、ノッチ１１０は１値出力１１６がそれを通過することを可能にするように位置決めされ、制御要素１０８は０値出力１１４が動くのをブロックするように、制御要素１０８が構成される。入力値（１，１）については、図１Ｄに示すように、ノッチ１１０は０値出力１１４がそれを通過することを可能にするように位置決めされ、制御要素１０８は１値出力１１６をブロックする。制御要素１０８が、入力値（０，１）（図１Ｂ）及び（１，０）（図１Ｃ）に対して、入力値（０，０）（図１Ａ）とは異なる位置にあるとしても、制御要素１０８のこれらの両方の位置は、１値出力１１６の動きを許容しながら０値出力１１４をブロックするという同じ機能を提供し、その結果、被駆動要素１１２が変位されるときに出力（１１４，１１６）が同じ位置となる。ＮＡＮＤゲートが示されているが、制御要素の構成の変更、及び／又は、出力に割り当てる値の変更によって、代替的な論理演算が提供され得る。２つの例を図２Ａ及び２Ｂに示す。入力バランス、被駆動要素、及び制御要素は平面構造であるため、この方式を用いた分子規模の論理機構では、これらの要素を提供するためにグラフェンテープを使用し、残りの構成要素はダイヤモンド材料又は変性ＣＮＴから作製することが可能であろう。
【0032】
図２Ａは、制御要素１０８に代わる制御要素２０２を有する機構２００を示し、入力（１０２、１０４）に対してＮＯＲ論理機能を提供する。図２Ａに示すように、入力値（０，０）を表す入力（１０２，１０４）が変位されない場合、制御要素２０２は、ノッチ２０４が１値出力１１６の動きを許容するように位置決めされ、制御要素２０２は０値出力１１４の動きをブロックするように、位置決めされ、構成される。入力値（０，０）については、被駆動要素１１２が変位される際、出力値は１である。入力（１０２，１０４）の何れか一方又は両方の変位は、１値出力１１６の動きをブロックするように制御要素２０２を動かし、０値出力１１４の動きを許容する位置にノッチ２０６を動かす。入力値（０，１）、（１，０）、（１，１）については、出力値は０である（この特定のケースにおいては、単一の広いノッチは、示された両方のノッチ（２０４，２０６）の機能を提供し得ることに留意されたい）。制御要素２０２は、２つ以上の位置で同じ機能（出力１１４の動きを許容し、出力１１６をブロックする）を提供する。
【0033】
図２Ｂは、別の代替案である、入力（１０２、１０４）のＸＯＲ論理機能を提供する機構２５０を示す。機構２５０は、単一の１値ノッチ２５４と一対の０値ノッチ２５６を有する制御要素２５２を有する。制御要素２５２は、入力（１０２、１０４）の一方が変位される場合にのみ１値出力１１６の動きを許容し、入力の両方が変位される場合には１値出力１１６の動きを許容しないように、１値ノッチ２５４が位置決めされるように、構成される。１値ノッチ２５４がそのように位置決めされると、制御要素２５２は０値出力１１４の動きをブロックするように位置決めされる（０値ノッチ２５６が０値出力１１４を括る）。入力値（０、１）又は（１，０）に対しては、被駆動要素１１２が変位されるときの出力値は１である。入力（１０２、１０４）のどちらも変位されていない場合、又は両方が変位された場合、０値ノッチ２５６の１つは０値出力１１４の変位を可能にするように位置決めされ、制御要素２５２は１値出力１１６の動きをブロックするように位置決めされる。入力値（０，０）又は（１，１）に対しては、被駆動要素１１２が変位されるときの出力値は０である。制御要素２５２は、再度２つ以上の位置で同じ機能を提供する。
【0034】
図３Ａ～３Ｅは、対向する入力３０２、３０４を採用し、入力（３０２、３０４）のＯＲ関数によって定義される出力３０６を提供するように構成される機構３００を示す。この場合、出力３０６は入力（３０２，３０４）の作用によって直接位置決めされ、出力３０６を動かす別の被駆動要素は存在しない（しかしながら、機構３００は、入力の一方を他方より先に変位させて順次動作させ得る。この場合、後に変位した入力は、被駆動要素と同様の効果を有する）。図示のように、機構３００は、主に円筒形の要素で構成されており、変性ＣＮＴを用いたナノスケールの作製に適している。
【0035】
入力（３０２，３０４）の各々は、リンク部材３０８に枢動可能に接続され、リンク部材３０８は、共通の軸を中心として中間部材３１０に枢動可能に接続される（リンク部材３０８及び中間部材３１０は、すべて「制御要素」として考えることができることに留意されたい）。中間部材３１０は、入力（３０２，３０４）に対して平行に延在する出力バー３１２を備え、出力バー３１２は、入力（３０２，３０４）の移動軸に垂直な軸に沿って出力３０６を位置決めするように、出力３０６に係合する。ナノスケールの機構の場合、出力バー３１２と出力３０６との間の接触はファンデルワールス（ＶＤＷ）力によって維持することができ、構造は、要素間の引力を高めるように設計され得る（例えば、トラフと整列した要素の軸方向突出部によって摺動可能に係合するもう一方の要素にトラフ又はチャネルを設けることによって）。より大規模な機構の場合、要素間の摺動接続を提供する代替構造、及び／又は、それらの係合を維持するためのガイド構造又は支持構造が提供され得る。入力（３０２，３０４）が変位されない場合（図３Ａに示すように入力値（０，０）の場合）、中間部材３１０は下降位置にあり、出力３０６は変位されない（出力値０を示す）。入力３０４のみが変位される場合（図３Ｂに示すように入力値（０，１）の場合）、入力３０４の変位を収容するリンク部材３０８の複合作用がヒンジとして作用して中間部材３１０を上昇させ、出力バー３１２と出力３０６との係合により変位して出力値１を示す。同様に、入力３０２のみが変位される場合（図３Ｃに示すように入力値（１，０）の場合）、中間部材３１０は同じ高さまで上昇し、出力３０６は再度変位される。中間部材３１０は入力値（０，１）の場合とは異なる位置を占め、したがって、出力バー３１２は、その長さに沿った異なる位置で出力３０６を係合させるが、変位の高さは同じであることに留意されたい。
【0036】
リンク部材３０６は、（その上昇位置にあるとき）それらが三角形を形成するように、入力（３０２，３０４）の変位に対して構成され、三角形の底辺は入力（３０２，３０４）のどちらかのスローの距離の半分に等しい。両方の入力（３０２，３０４）が変位される場合（図３Ｄに示すように入力値（１，１）の場合）、リンク部材３０８は、互いに通り過ぎて同じ三角形の脚を形成する位置まで押されるが、それらの位置は逆である（結果として、それぞれの入力（３０２，３０４）の変位は、どちらの入力（３０２，３０４）も変位されない場合に形成される三角形の底辺の２／３となる）。これにより、再び制御要素３１０が上昇位置まで上昇し、今度は出力３０６を変位させて出力値１を示す。リンク部材３０８は、２つの異なる位置にあるとき、中間部材３１０を上昇させるという同じ機能を提供する。入力（３０２，３０４）が両方とも１値の位置に動かされる場合、リンク部材３０８は、図３Ｄに示す最終位置に達する前に中間部材３１０がより高い位置を通るように、中間部材３１０を上昇させることに留意されたい。
【0037】
出力３０６は、入力（３０２，３０４）の両方が０であれば０であり、入力（３０２，３０４）の何れか又は両方が１であれば１であり、ＯＲ論理機能を提供する。出力３０６の値は、図１５Ｅに示すようにインバータ３５０を使用するなどして、ＮＯＲ論理機能（「ユニバーサル」ゲートを提供する）を提供するために反転させることができる。インバータ３５０は、インバータ入力３５２とインバータ出力３５４を有し、それらの両方は、それ自体がピボットピン３５８を中心に回転するレバー３５６に枢動可能に係合される。インバータ入力３５２とインバータ出力３５４はそれぞれレバー３５６のスロット部３６０に枢動可能に係合し、レバー３５６の長さに沿った限られた程度の並進を可能にして結合を回避し、インバータ入力３５２とインバータ出力３５４の動きはスリーブ３６２によって並進に制限されており、そのスリーブはピボットピン３５８に関して固定されている。レバー３５６は、レバーベアリング３６４を介してピボットピン３５８に係合し、レバー３５６を、ピボットピン３５８の軸を中心とした回動運動に制限する。出力３０６が変位すると、それによってインバータ入力３５２が変位し、今度はそれが係合しているスロット部３６０が変位し、レバー３５６を強制的に回転させる。この回転の結果、インバータ出力３５４に係合するスロット要素３６０が移動し、インバータ出力３５４をより低い位置に引っ込める。このような下降位置は、実際にはインバータ出力３５４の変位であるが、下降位置は変位していない出力値０を示し、上昇位置は変位した出力値１を示すという機構３００の慣習に対応する。図示したインバータは、採用され得る運動の見かけ上の方向を反転させる機構の一例に過ぎず、図示したようなインバータは、本明細書に開示した様々な機構の何れにも採用し得るものであり、入力（複数可）、出力（複数可）、又はその両方に適用され得ることに留意されたい。あるいは、図４Ｄに関して後述するように、一方の変位位置が他方の非変位位置に対応し、一方の出力が他方の入力に接続されるように、機構を互いに相対的に配置することもできる。
【0038】
図４Ａ～図４Ｃは、機構３００と共に、又は、入力又は出力を反転することが望まれる他の機構と共に、採用され得る代替インバータの幾つかの例を示す。図４Ａは、ラックアンドピニオン機構４０６によって往復運動するインバータ入力４０２及びインバータ出力４０４を有するインバータ４００を示す。ラックアンドピニオン機構４０６は、インバータ入力４０２に取り付けられる入力ラック４１０に係合するピニオンギア４０８と、インバータ出力４０４に取り付けられる出力ラック４１２と、を有する。図４Ｂは、ベルト機構４３６によって往復運動するインバータ入力４３２及びインバータ出力４３４を有するインバータ４３０を示す。ベルト機構４３６は、一対のローラ４４０上を通過するベルト４３８を有し、インバータ入力４３２及びインバータ出力４３４は、それぞれベルト４３８の反対側に取り付けられている。図４Ｃは、インバータ３５０と同様に機能するインバータ４５０を示し、レバー４５６によって接続される入力４５２及び出力４５４を有するが、インバータ４５０では、レバー４５６はスロット部ではなく、トラック４５８を有する。トラック４５８は、インバータ入力４５２及びインバータ出力４５４の半径方向の動きを収容して結合を回避しつつ、ファンデルワールス引力などの非接触力を介してこれらの要素（４５２、４５４）を係合する。インバータ入力４５２及びインバータ出力４５４は、トラック４５８との係合力を高めるために、拡張足４６０を備えることができる。図４Ｄは、反転出力の効果を達成するために、１つの機構の向きを別の機構に対して反転させる概念を示している。ゲート４７０は、ゲート４７６に入力４７４を提供する出力４７２を有する。しかし、ゲート４７６は、ゲート４７０に対して逆の向きにあり、したがって、出力４７２の拡張（１値）位置は、ゲート４７６によって、後退（０値）位置として見られる。
【0039】
図５Ａ～図５Ｆは機構５００を表す図であり、この機構５００は、入力値に応答する動きを伝達するための経路を形成するか又は分断するために、ＶＤＷ力に打ち勝つことの潜在的必要性を回避することに加えて、ＮＯＲ論理機能を提供する。機構５００において、単一の運動伝達要素５０２は、被駆動要素５０４から出力５０６に動きを伝達するために整列して配置されるか（これは、入力値（０、０）について、被駆動要素５０４を動かす前及び動かした後をそれぞれ示す図５Ａ及び図５Ｂに示されている）、又は、動きを伝達しないように、整列から外されて配置される（これは、図５Ｃ～図５Ｆに示されている。図５Ｄは、被駆動要素５０４が変位したときにそのような位置のうちの１つにおける機構５００を示す）。この機構における運動伝達要素５０２の位置は、２つの入力５０８に依存していて、その各々は、運動伝達要素５０２が取り付けられるヒンジ５１０の片側を移動させるように作用する。ヒンジ５１０は、入力５０８の組み合わせ位置によって位置決めされる「制御要素」とみなされることができ、運動伝達要素５０２は、３つの不整列位置のいずれかに配置されることができる。運動伝達要素５０２がその整列された運動伝達位置へ又はそこから移動されるときにＶＤＷ力が変化するのを避けるために、被駆動要素５０４及び出力５０６にはトラック要素５１２が設けられ、このトラック要素５１２は、被駆動要素５０４及び出力５０６と整列したときに力の伝達を可能にするためにピボット運動可能である（図５Ｂに示すように、被駆動要素５０４が変位して、運動伝達要素５０２を押し、ヒンジ５１０をピボットさせる）。ガイド５１４内での被駆動要素５０４及び出力５０６の回転により、入力５０８の一方又は両方が変位したとき、どちらの入力（複数可）５０８が移動したかにかかわらず、トラック要素５１２を運動伝達要素５０２が移動する経路に沿って延在させることができる。トラック要素５１２は、運動伝達要素５０２の運動経路に沿ってのびているので、運動伝達要素５０２とトラック要素５１２との間のＶＤＷ力は、一定のままである。明らかなことは、機能に影響するほどの十分な移動抵抗を生じない程度にＶＤＷ力の変化が小さいようなより大きなスケールの実装のために、トラック要素５１２は省略され得る。
【0040】
幾つかの機構において、被駆動要素は、デフォルトで出力と整列しており、変位したときに、これら要素の一方又は両方がデフォルトの整列から外されない限りは出力を変位させるように作用する。このような場合、１つ以上の入力により、要素が整列から外されるか否かを決定することができる。入力は、要素の１つを直接押すことができ、又は要素が通過するガイドを移動させることができる。幾つかの場合において、１つ以上の入力は、被駆動要素と出力との間に介在可能な１つ以上の運動伝達要素を位置決めする役割を果たすことができる。
【0041】
図６Ａ～図６ＤはＮＯＲゲート６００を提供する機構を示す図であり、ＮＯＲゲート６００は、入力６０２及び６０４、被駆動要素６０６、及び出力６０８を有する。ゲート６００において、被駆動要素６０６は弾性的に柔軟で且つクロックガイド６１０内でスライドするものであり、クロックガイド６１０は、出力６０８がスライドする出力ガイド６１２（これは、整列を容易にするために、図示のように裾広がり状であってもよい）と整列する。整列から外れていない場合、被駆動要素が（機械式のクロック信号などによって）動かされると、被駆動要素６０６は出力６０８と係合して押し、それによって図６Ａに示すように出力６０８を変位位置（この例では１値）に押し出す。しかしながら、図６Ｂ～図６Ｄに示されるように、入力（６０２、６０４）のいずれかが伸長される場合（この例ではその１値の位置）、かかる入力（６０２、６０４）は傾斜路６１４によって軸外に押し出され、（入力６０２の場合には直接、又は入力６０４の場合には他の入力６０２を介して）被駆動要素６０６を整列から外す。注目される点として被駆動要素６０６はさまざまな位置に変位することができ、幾つかの位置は、ちょうど出力ガイド６１２に入らない位置であったり、更に整列から反れる位置であったりし、異なる入力値、及び被駆動要素６０６に対する入力（６０２、６０４）と傾斜路６１４との構成に左右される。被駆動要素６０６が出力ガイド６１２に入らないように整列から十分に外れている限り、入力６０２、６０４及び被駆動要素６０６の正確な位置は出力６０８の位置に影響を与えない。ＮＯＲゲート６００は、出力６０８を含めて、４つの可動部しかない。ナノスケール機構では、ガイド（６１０、６１２）及び傾斜路６１４は、ダイヤモンドイド材料又は変性ＣＮＴによって提供され得るであろうし、可動要素（６０２、６０４、６０６、６０８）は、ポリイン、ポリテトラフルオロエチレン、ハイドロカーボン又はその置換変異体、グラフェン系構造、あるいは適切な直径、長手方向の剛性及び横方向の柔軟性をもつ他の構造などの、弾力的に柔軟な分子によって提供されうるであろうし、おそらくガイド内移動の抗力が低くなる可能性があるであろう。
【0042】
図７Ａ～図７Ｄは、撓みに基づく機構の他の例であるＮＯＲゲート７００を示す。ゲート７００は３つの可動部のみを採用しており、入力７０２及び７０４が共に可撓性のＵ字型要素７０６に設けられており、Ｕ字型要素７０６は固定ガイド７０８内をスライドするものであり、固定ガイド７０８はＵ字型要素７０６を位置決めして入力（７０２、７０４）の何れか又は両方が伸長した場合に被駆動要素７１０に係合してこれを逸らせるものである。被駆動要素７１０は、固定ガイド７１２内をスライドする。整列から外れない場合（図示の例では、図７Ａに示すように、入力位置（０、０）の場合）、被駆動要素７１０は、被駆動要素７１０が伸長したときに、固定ガイド７１６内をスライドする出力７１４と係合するように整列させられている。被駆動要素７１０の複数の位置に応じて出力７１４の配置がゲート６００と同様の結果となる。
【0043】
図７Ｅ～図７Ｈは、３つのゲート７００Ａ～Ｃを組み合わせて、被駆動要素７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃによって駆動される異なる論理機構、この例ではＡＮＤ論理機構７５０を形成できる方法の一例を示している。整列されることにより、ゲート７００Ｃの入力７０２Ｃ及び７０４Ｃは、ゲート７００Ａ及び７００Ｂの出力として機能するように配置される。もし入力７０２Ａ及び７０２Ｂがそれらの格納（０値）位置に保持されると、その場合には入力７０４Ａ及び７０４Ｂがそれぞれ入力７０２Ｃ及び７０４Ｃの位置を決定し、これによりＡＮＤ関数が提供され、このＡＮＤ関数はＮＡＮＤ関数を提供するために反転され得るであろう（出力値の反転については、図３Ｅ～４Ｄに関して上述したとおりである）。対応する被駆動要素（７１０Ａ、７１０Ｂ）を整列状態から外すように入力（７０４Ａ、７０４Ｂ）のどちらも伸長されていないか又は１つだけが伸長されている場合（入力値（０、０）、（０、１）、（１、０）の場合）、被駆動要素（７１０Ａ、７１０Ｂ）のうち少なくとも１つが対応する入力（７０２Ｃ、７０４Ｃ）を押し、被駆動要素７１０Ｃを撓ませ、出力７１４Ｃを押すことを妨げる（図７Ｅ～７Ｇに示すように）。出力７１４Ｃは所定の位置に留まり、ここでは出力値０を表す。両方の入力（７０４Ａ、７０４Ｂ）が伸長されているとき（図７Ｈに示すような入力値（１、１））にのみ、被駆動要素（７１０Ａ、７１０Ｂ）のどちらも対応する入力（７０２Ｃ、７０４Ｃ）を押すように配置されない。そのため、被駆動要素７１０Ｃは撓まず、変位時に出力７１４Ｃを押すように整列させられる。
【0044】
下記の真理値表は、入力７０２Ａ及び７０２Ｂが変位せずに保持される場合に可能な状態を示していて、結果の出力７１４Ｃが「自由」な入力７０４Ａ及び７０４ＢのＡＮＤ論理関数によって定義される。この出力は、ＮＡＮＤ出力を提供するために反転され得る。
【表1】
【0045】
要素を強制的に撓ませる場合に生じ得る問題の１つは、そのような動作により、入力を後退させる傾向のある力を付与する可能性があることである。ある要素が別の要素をブロックするがそのブロック動作が垂直ではなく傾斜方向に向けられる機構では、同様の「後退」力が生じる可能性があり、この場合にはランプ又はカム効果を生み出す傾向があり、或いは、ブロック要素の動作が固定構造ではなくブロックする要素との係合によって制限される機構でも「後退」力が生じる可能性がある。このような「後退」力は、複数の論理機構が採用されたシステムにおいて蓄積される可能性があり、従って、このような力を回避するように及び／又は複数の機構にわたる伝播を阻止するように機構を設計することがしばしば望まれる。このような力を回避するためには、ブロックしている動きに対して直角に動くようなブロック要素を配置することが、一般的なアプローチの１つである。
【0046】
図７Ｉは半加算器７７０を示す図であり、上述したＮＯＲゲート７００と同様のＮＯＲゲートをより上位の機構に組み合わせることができる方法の一例を示す。５つのＮＯＲゲート７７２が、幾つかの場合には信号分割器７７４と共に、一緒に接続され、信号分割器７７４は単一の入力から複数の出力を提供する役割を果たす。ゲート７７２は、３つのシーケンシャルクロック入力７７６によって動作する。二つのデータ入力７７８によって符号化された値は、順次処理されて、合計出力７８０とキャリー出力７８２とに値を提供する。比較のために、図７Ｊは、半加算器についての従来の論理回路７９０を示し、これは従来のＮＯＲゲート７９２を用いて作製され得るものである。従来のＮＯＲゲートを使用して作製される任意の回路の機能は、既述されたものと同様の機械式のＮＯＲゲートを使用することによって提供され得るであろう。
【0047】
図８Ａ～８Ｃは、複数の入力が、被駆動要素の動きを収容するか、又はそれとともに動かすことが出来る制御要素（成形板として形成）の位置を決定し、それが被駆動要素とともに移動するときに出力を移動する機構の２つの例を示す。制御要素は、同じ機能を提供する少なくとも２つの異なる位置を有する。図８Ａ及び図８Ｂは機構８００を示し、板８０２は、被駆動要素８０４から出力８０６に運動を伝達するために、又は伝達しないために採用される。板８０２は、（対向するエッジを提供する）板切り抜き８０８と経路領域８１０を有する。被駆動要素８０４は被駆動誘引要素８１２を有し、出力８０６は出力誘引要素８１４を有する。両方の誘引要素（８１２、８１４）は、板８０２に誘引され、したがって、板８０２によって提供される活性表面と相互作用する係合要素としての役割を果たす。誘引要素（８１２、８１４）は、（板８０２が強磁性材料で形成されている場合）磁石によって提供され得るか、又はファンデルワールス引力が実効的なナノスケール構造における材料であり得る（ナノスケール機構の２つの例が図９Ａ～９Ｃに示されている）。板８０２は、被駆動要素８０４の並進方向に対して垂直に動くコネクタ８１６に並進可能に取り付けられ、このコネクタは、バランス８２０に接続される２つの入力８１８の複合作用により位置決めされる。板８０２は、入力８１８のどちらも変位しないか、入力８１８の一方又は両方が変位するかに依存して、３つの位置に配置することができる。板８０２は、板８０２が下側位置（入力値が（０，０）の場合）又は図示のような中間位置（入力値が図示のように（０，１）、又は（１，０）の何れかの場合）の何れかにあるときに、板切り抜き８０８が被駆動誘引要素８１２と出力誘引要素８１４の間に介在するように構成される。説明のために、被駆動要素８０４と出力８０６の位置は、３つの垂直位置（そのうちの２つは仮想線で示されている）の板８０２に対して示されており、垂直方向に移動するのは板８０２であるにもかかわらず、被駆動要素８０４と出力８０６は一定の高さに留まる。板８０２の下側又は中間位置の何れかにおいて、被駆動要素８０４の変位は、被駆動誘引要素８１２を切り抜き８０８のエッジの１つに対して動かすように作用し、被駆動誘引要素８１２をエッジを越えて切り抜き８０８内に押し込むのに必要な作業を避けるために、図８Ｂの部分図に示すように、板８０２は被駆動要素８０４とともに動く。同様に、出力誘引要素８１４と切り抜きとの相互作用は、出力誘引要素８１４を切り抜き８０８に押し込む作業を避けるために、板８０２と共に出力８０６を移動させる役割を果たす。入力値（０，０）、（０，１）、又は（１，０）に対応する板８０２のこれらの位置の何れかにおいて、被駆動要素８０４の動きが出力８０６に伝達される。
【0048】
両方の入力８１８が変位して入力値（１，１）を符号化すると、板８０２はその上部位置まで上昇し、切り抜き８０８はもはや被駆動誘引要素８１２の経路内に配置されず、経路領域８１０は被駆動誘引要素８１２と整列する。この位置では、被駆動誘引要素８１２を任意のエッジを超えて移動させる仕事をする必要性がなく、経路領域８１０を横切って被駆動誘引要素８１２を移動させることによって、被駆動要素８０４の運動を収容することができる。この場合、板８０２は強制的に移動させられることはなく、板８０２は被駆動要素８０４の出力８０６への運動を伝達しない。その結果、被駆動要素８４０の移動に応答する出力値は、入力値（０，０）、（０，１）、（１，０）に対して１、入力値（１，１）に対して０となり、ＮＡＮＤ関数を提供する。板８０２は、２つの活性位置、即ち運動伝達位置と、１つの非活性位置、即ち運動収容位置とを有する制御要素であると考えることができる。同様に、板８０２は、活性部分と非活性部分を有すると考えることができ、活性部分は切り抜き８０８を含み、活性部分が被駆動要素８０４と出力８０６の間に介在するときに運動伝達要素としての役割を果たし、非活性部分は経路領域８１０を含み、非活性部分が被駆動要素８０４と出力８０６の間に介在するときに被駆動要素８０４の運動を収容可能である。板８０２において、切り込み８０８は、被駆動要素８０４及び出力８０６の運動方向に対して垂直なエッジで構成されており、これらの要素の運動による板８０２の不要なカム状の付勢を回避するようになっている。代替的な機構では、１つの入力だけが変位したときに、経路領域も被駆動要素の動きを受け入れるように位置決めされるように、短い切り抜きと２倍の幅の経路領域を有する板を使用し得る。このような機構の板は、１つの活性位置と２つの非活性位置を有し、ＮＯＲ関数を提供するであろう。
【0049】
図８Ｃは、機構８００と類似しているが、ＸＯＲ機能を提供するように構成された異なる板８５２を採用する機構８５０を示す。それ以外は、上述の事項は機構８５０にも適用される。板８５２は、板８５０が入力位置（１，１）に対応するその上部位置、又は入力値（０，０）に対応するその下部位置の何れかにあるときに、被駆動要素８０４の動きを収容可能な一対の経路領域８５６によって括られた小さい切り抜き８５４を有する。入力値（０，１）又は（１，０）の場合、板８５２は（図示の通り）その中間位置にあり、切り抜き８５４は被駆動誘引要素８１２の経路を遮るように配置され、したがって被駆動要素８０４の動きは板８５２によって出力８０６に伝達される。この場合、板８５２は、１つの活性位置と２つの非活性位置とを有する。
【0050】
図９Ａ及び図９Ｂは、上述した機構（８００、８５０）と同様の、被駆動要素９０２から出力９０４への運動の収容又は伝達の原理を使用する機構９００を示す。機構９００は、バランス９０８に接続される２つの入力９０６を有し、このバランス９０８が、コネクタリンク９１２を介してコネクタ９１０を位置決めする。コネクタリンク９１２は、コネクタ９１０が被駆動要素９０２及び出力９０４の運動に平行な方向に並進することを可能にするコネクタスリーブ９１４を有し、運動方向に垂直な方向におけるコネクタ９１０の位置は、入力９０６の組み合わせ位置に基づいて決定される。
【0051】
コネクタ９１０は、非接触力（ＮＣＦ）を介して被駆動板９１６及び出力板９１８と係合し、その何れか又は両方は、入力９０６の位置に対して所望の論理応答を提供するように成形することができる。被駆動要素９０２の動きが出力９０４に伝達されるか否かは、コネクタ９１０の位置と板（９１６、９１８）の構成によって決定される。機構９００において、被駆動板９１６はＬ字形であり、エッジ９２０と経路領域９２２とを有し、入力９０６の両方が変位するときにのみコネクタ９１０が経路領域９２２と整列するように構成されている。コネクタ９１０が、入力９０６のどちらも変位しないか又は一方のみが変位する結果の位置の何れかにあるとき（入力（１，０）について図９Ａに示す中間位置など）、被駆動板９１６の変位は、コネクタ９１０の方向にエッジ９２０を動かすように作用する。コネクタ９１０は、エッジ９２０を越えて移動するためにＮＣＦバリアに打ち勝たなくてもよいように、被駆動板９１６と共に移動する。同様に、コネクタ９１０と出力板９１８との間のＮＣＦ力は、コネクタ９１０と共に出力板を移動させるように作用する（図９Ａにおいて仮想線で示すように）。コネクタ９１０は、板（９１６、９１８）と係合するための拡径端部９２４を持つように形成されている。
【0052】
コネクタ９１０が入力９０６の両方の変位によって位置決めされると（図９Ｂの部分図に示すように）、被駆動板９１６の経路領域９２２と整列し、したがって被駆動板９１６の動きは、コネクタ９１０が単に経路領域９２２に沿って移動することによって収容でき、ＮＣＦの変化はない。コネクタ９１０が移動しないので、この場合、動きは出力板９１８に伝達されない。出力９０４の変位は、入力値（０、０）、（０、１）、及び（１、０）に対して起こるが、入力値（１、１）に対しては起こらず、２つの入力９０６について実行されるＮＡＮＤ論理機能を提供する。機構９００は、図８Ａ及び図８Ｂに示されるＮＡＮＤゲート機構８００と原理的に類似しており、被駆動板及び／又は出力板は、代替応答を提供するように構成され得る。例えば、短いエッジと２倍の幅の経路領域を有し、ＮＯＲ機能を提供する板や、ＸＯＲ機能を提供するためにエッジを括る２つの経路領域を有する板（図８Ｃに示す機構８５０のものと同様）などが挙げられる。さらに、コネクタの位置に対して複数の位置、及び／又は異なるエッジ間隔を持つ板を形成し、コネクタの異なる位置に対して出力を異なる距離に移動させ得る。
【0053】
本明細書で教示される機械式論理構造の多くは、メカノシンセシスによる分子的作製を含むナノスケール作製によく適している。一例として、機構９００は、摩擦を低減するためにコネクタ９１０に接触するためのグラフェン表面を任意に有するダイヤモンド材料（例えば、ダイヤモンド又はロンズデーライトなど）から形成される板（９１６、９１８）を採用し得る。被駆動要素９０２、出力９０４、入力９０６、バランス９０８、コネクタ９１０、及びコネクタリンク９１２はすべて変性ＣＮＴから形成することができ、コネクタ９１０はファンデルワールス引力によって板（９１６、９１８）に係合する。これらの要素は、より大きなＣＮＴから形成されるスリーブ（コネクタスリーブ９１４など）に摺動可能に取り付け可能であり、例えば、摺動要素（９０２、９０４、９０６、９１０、９１２）が１０－０ＣＮＴから形成されている場合、スリーブは１８－０ＣＮＴから形成することができる。同様に、入力９０６及びコネクタリンク９１２は、１８－０ＣＮＴの一部を介してバランス９０８に係合し、回動接続を提供することができる。
【0054】
図９Ｃは、機構９００と機能的に類似しているが、出力板９５２が被駆動板９１６の上に部分的に重なっており、板（９１０、９５２）の間にコネクタ９５６の拡径端部９５４が配置されている機構９５０の部分図である。板（９１０、９５２）の重ね合わせにより、機構９００と比較して機構９５０の全体の体積が小さくなる。図９Ｃはまた、ガイドスリーブ９５８がアンカー９６２（そのうちの１つだけが示されている－異なるガイドスリーブ９５８用のアンカーは単一の剛性構造の一部であり得る）に貼付される支持体９６０に取り付けられる方法の一例を示している。アンカー９６２は、ロンズデーライトのようなダイヤモンド又はダイヤモンドイド材料の表面であり得る。支持体９６０は、９―０ＣＮＴで形成されたベース部９６４を採用することによってアンカー９６２に結合することができ、ベース部９６４をそれに結合するのを容易にするために、ロンズデーライトの六角形の配列に厳密に一致する炭素原子の配列を提供する。図示された支持体９６０はそれぞれ、１８－０ＣＮＴの短い部分によって形成される移行部９６６と、１０－０ＣＮＴの一部によって形成されるスリーブ装着部９６８を有する。１０－０ＣＮＴは、スリーブ９５８として機能する１８－０ＣＮＴと安定したＴ分岐を形成し、１０－０及び９－０ＣＮＴの両方が移行部９６６の１８－０ＣＮＴに移行可能である。さらに、移行部９６６の１８－０サイズは、スリーブ９５８の１８－０ＣＮＴのサイズと一致するので、各組のスリーブ９５８を互いに接触させて配置すると、移行部９６６が互いに接触することにもなり、支持体９６０の間隔を安定させる役割を果たす。
【0055】
本発明は、特定の実施例を参照して説明されているが、本発明の利益を得るために他の機構も可能である。従って、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲は、本明細書に含まれる特定の実施例の説明に限定されるべきではない。
【0056】
本出願は、参照による取り込みが適切である法域において、出願人が以前に出願した米国仮出願６３／０８３，２６５及び６３／０８３，２７６、並びに効率的で製造可能な機械式コンピューティング（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｌｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）と題する同時出願（ドケット番号ＣＯＭＰ－００２－ＰＣＴ）及び機構における非接触力マネジメント（ドケット番号ＭＥＣＨ－００３－ＰＣＴ）の開示を、参照して組み込むものである。米国特許の第１０，４８１，８６６号、第１０，６６４，２３３号、第１０，９４９，１６６号、第８，１７１，５６８号、第８，２７６，２１１号、第９，６７６，６７７号、第１０，０６７，１６０号、第１０，０７２，０３１号、第１０，１３８，１７２号、第１０，１９７，５９７号、第１０，３０８，５１４号、第１０，３０９，９８５号、第１０，８２２，２２９号、第１０，８２２，２３０、第１０，６８３，９２４号、米国特許出願公開２０２１／０１４９６３０号、及び国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０３１は、かかる組み込みが適切な法域において参照によりすべて本明細書に組み込まれる。
【要約】
論理機構は、２つ以上の機械式の入力の位置に基づいて少なくとも１つの機械式の出力の位置を定義するように動作し、出力が移動するかどうかを（少なくとも部分的に）決定するように機能し、且つ２つ以上の位置で同じ機能を提供する少なくとも１つの制御要素を採用する。幾つかの機構は、入力位置に基づいて、出力に動きを伝達する経路が存在するかしないかを決定するように構成される。幾つかの機構は、入力位置に基づいて、出力を動かすことなく被駆動要素の動きを収容可能か否かを決定するように構成される。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A-2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図7H】
【図7I】
【図7J】
【図8A-8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】