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...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
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...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
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...
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...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
«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...
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...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...