Пневматический компьютер использует давление вместо электричества
Ученые создали пневматический компьютер, который использует давление вместо электричества для кодирования данных. Он может позволить чипу размером с монету выполнять процедуры, которые обычно делают техники в лабораториях.
Проект был разработан командой ученых из Университета Калифорнии в Ирвайне под руководством Эллиота Хьюи. Они опубликовали свою работу в журнале Science Advances в этом месяце. Разработка уже получила поддержку от Национального научного фонда США и Агентства перспективных исследований в области обороны.
Устройство состоит из стеклянного и силиконового чипа, в котором вытравлены крошечные каналы. По ним течет жидкость, необходимая для химических реакций. Жидкость перемещается из одной стороны чипа в другую под действием разницы давления. Это имитирует то, как изменения напряжения заставляют электричество течь по проводам в электронных компьютерных чипах.
Ученые обозначили низкое, вакуумное давление как «1» и атмосферное давление как «0» и добавили крошечные клапаны, которые могут менять эти значения. Это превратило чип в пневматический компьютер. Для кодирования программ они использовали силиконовые листы в качестве «перфокарт», а для ввода данных нашли простой способ изменения давления — прикладывали пальцы к определенным точкам.
Самый сложный чип, который сделала команда, хранил четыре бита информации и выполнял процедуру, называемую последовательным разведением. Она определяет концентрацию химического вещества, растворенного в жидкости.
Ученые считают, что с появлением пневматического компьютерного чипа мы получим доступ к преимуществам так называемых микрофлюидных устройств, которые мы уже используем, например, в домашних тестах на covid-19, могут определять не только наличие вируса, но и его концентрацию.
Пневматический компьютер имеет ряд преимуществ перед электронным. Он не требует электричества и подходит для работы во влажных или опасных условиях. Он также может быть интегрирован с мягкими роботами, которые состоят из гибких материалов и способные выполнять наиболее деликатные задачи.
Он также позволяет снизить расход реагентов, достичь большей скорости и точности анализа при химическом анализе, а также обладает высокой энергоэффективностью и автономностью.
Впрочем, пневматический компьютер также имеет и ряд ограничений. Он работает намного медленнее, по сравнению с обычными вычислительными устройствами и требует большого количества пространства для хранения информации. Для того чтобы система была практичной, требуются более сложные компоненты и миниатюризация. Также пока неясно, насколько надежным и долговечным покажет себя пневматический компьютер и как он может взаимодействовать с другими устройствами.
Научное и медицинское сообщество оценило пневматический компьютер как инновационное и перспективное изобретение, которое может открыть новые возможности для микрофлюидики и мягкой робототехники. Однако ему еще предстоит пройти много этапов развития и усовершенствования, прежде чем он станет широко доступным и применимым на практике.
Ранее другая команда ученых из Университета Калифорнии в Риверсайде под руководством Виллиама Гровера разработала пневматическую память для управления мягким роботом, который способен играть на пианино. Они опубликовали свою работу в журнале PLOS One в июле 2021 года и также получили поддержку от Национального научного фонда США.
Проект был разработан командой ученых из Университета Калифорнии в Ирвайне под руководством Эллиота Хьюи. Они опубликовали свою работу в журнале Science Advances в этом месяце. Разработка уже получила поддержку от Национального научного фонда США и Агентства перспективных исследований в области обороны.
Как это работает?
Устройство состоит из стеклянного и силиконового чипа, в котором вытравлены крошечные каналы. По ним течет жидкость, необходимая для химических реакций. Жидкость перемещается из одной стороны чипа в другую под действием разницы давления. Это имитирует то, как изменения напряжения заставляют электричество течь по проводам в электронных компьютерных чипах.
Ученые обозначили низкое, вакуумное давление как «1» и атмосферное давление как «0» и добавили крошечные клапаны, которые могут менять эти значения. Это превратило чип в пневматический компьютер. Для кодирования программ они использовали силиконовые листы в качестве «перфокарт», а для ввода данных нашли простой способ изменения давления — прикладывали пальцы к определенным точкам.
Самый сложный чип, который сделала команда, хранил четыре бита информации и выполнял процедуру, называемую последовательным разведением. Она определяет концентрацию химического вещества, растворенного в жидкости.
Ученые считают, что с появлением пневматического компьютерного чипа мы получим доступ к преимуществам так называемых микрофлюидных устройств, которые мы уже используем, например, в домашних тестах на covid-19, могут определять не только наличие вируса, но и его концентрацию.
Пневматический компьютер имеет ряд преимуществ перед электронным. Он не требует электричества и подходит для работы во влажных или опасных условиях. Он также может быть интегрирован с мягкими роботами, которые состоят из гибких материалов и способные выполнять наиболее деликатные задачи.
Он также позволяет снизить расход реагентов, достичь большей скорости и точности анализа при химическом анализе, а также обладает высокой энергоэффективностью и автономностью.
Недостатки технологии
Впрочем, пневматический компьютер также имеет и ряд ограничений. Он работает намного медленнее, по сравнению с обычными вычислительными устройствами и требует большого количества пространства для хранения информации. Для того чтобы система была практичной, требуются более сложные компоненты и миниатюризация. Также пока неясно, насколько надежным и долговечным покажет себя пневматический компьютер и как он может взаимодействовать с другими устройствами.
Научное и медицинское сообщество оценило пневматический компьютер как инновационное и перспективное изобретение, которое может открыть новые возможности для микрофлюидики и мягкой робототехники. Однако ему еще предстоит пройти много этапов развития и усовершенствования, прежде чем он станет широко доступным и применимым на практике.
Ранее другая команда ученых из Университета Калифорнии в Риверсайде под руководством Виллиама Гровера разработала пневматическую память для управления мягким роботом, который способен играть на пианино. Они опубликовали свою работу в журнале PLOS One в июле 2021 года и также получили поддержку от Национального научного фонда США.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
Самое жаркое лето в истории СССР: кто остановил огненную стихию
Почему в советское время подробности этой экологической катастрофы находились под грифом «совершенно секретно╗?...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Личность пророка Моисея, возможно, раскрыта: следы ведут к легендарной царице Египта
По словам историков, новое исследование собрало максимальное количество возможных доказательств...