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
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...