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
Луна появилась... всего за пять часов: новое исследование угрожает всем старым теориям
Все изменилось, когда в научных расчетах появился параметр, который полностью игнорировали ученые до этого...
Откуда взялись артефакты из будущего в 4350-летней гробнице «хранителя тайн» фараона?
Ученые рассказали, кто наведывался в усыпальницу царского советника спустя века после похорон...
Кальмары захватывают океан: и ученые до последнего момента не знали, почему так происходит
Так что же стоит за стремительным наступлением этих щупальцевых...
Тайна загадочных спиралей на плато Наска раскрыта: какие доказательства есть у ученых?
Уровень древней цивилизации поражает. Благодаря инженерным сооружениям люди жили там, где жизнь вообще не возможна...
Морской микроорганизм размножается как монстр из фильма «Чужой»: ученые долго не могли поверить в такое
Поразительное, но за «жуткое» существо сразу уцепились производители пищевой промышленности. Это будет переворот...
Что разбудило российский вулкан на Камчатке, спавший 475 лет?
Ученые рассчитали два сценария, но в итоге выяснилось: сработал совсем не тот фактор, что считалось в начале...
Четыре цвета Белого моря: ученые рассказали, как действует уникальный феномен Русского Севера
Все дело в четырех природных процессах, которые порой так переплетаются друг с другом, что кажется, тут действует аномалия...
Характер человек зависит от генов: ученые открыли сотни участков ДНК, программирующих наше поведение
Получается, что наша судьба предопределена? В какой-то степени да, но дьявол, как всегда, скрывается в деталях...
Таинственные краски: зачем древние египтяне рисовали очень странными веществами?
Похоже, что для художников из долины Нила это были не просто изображения, а нечто гораздо большее...
Грибники — это скрытые игроманы? Почему мнения специалистов разделились?
И надо ли опасаться за свое психическое здоровье любителям тихой охоты...
Пробуждение спящего гиганта: почему в Сибири могут начаться безудержные выбросы метана
Поразительно, но Енисей оказался границей, по сторонам которой развиваются два совершенно климатических сценария. Но итог у них один...