ستانفورد وابتكار آخر

الرجل سائل 80٪. السؤال: كم عدد أجهزة الكمبيوتر التي يمكن صنعها من شخص؟ للوهلة الأولى ، الجواب واضح - على الإطلاق. لكنك لم تسمع عن ابتكار آخر من العلماء في جامعة ستانفورد.



أمضت عقول ستانفورد أكثر من عشر سنوات في تطوير وإنشاء أول نموذج كمبيوتر يعمل على أساس الحركة المادية لقطرات الماء "قطرة على رقاقة". يعد هذا تقدمًا كبيرًا في فيزياء الحوسبة ، والذي يعتمد على التسمية الأساسية للكمبيوتر: جهاز قابل للبرمجة قادر على أداء العمليات المنطقية (الرياضية). من خلال الجمع بين النظريات المتقدمة في الديناميكا المائية والنظريات البالية في الحوسبة ، أنشأ فريق Manu Prokash جهاز كمبيوتر تعتمد قدراته الحسابية بالكامل على فيزياء المياه.



يعمل الكمبيوتر الذي يعتمد على فيزياء قطرات السائل بشكل أبطأ عدة مرات من جهاز الكمبيوتر الذي يعتمد على حركة الإلكترونات. صحيح ، في هذه الحالة لا يهم حقا. لم يتوقع أحد أن تكون وحدة المعالجة المركزية الجديدة القائمة على السائل فائقة السرعة. لكن الباحث الرئيسي مانو براكاش وطلاب الدراسات العليا يأملون أن يؤدي استخدام المبادئ الحسابية في معالجة السوائل إلى إحداث ثورة في الحوسبة في مجالات أخرى من العلوم.

في البداية ، كان الهدف الرئيسي من براكاش (الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية) هو إنشاء منصة لتحليل كيميائي سريع للغاية يمكن الاعتماد عليه. من المحتمل أن تسمح لك الطريقة ، التي سيتم وصفها بمزيد من التفصيل أدناه ، بإرسال ملايين قطرات من السائل على طول دائرة الدائرة المصغرة ، حيث قد تحتوي كل قطرة على مواد كيميائية مختلفة للاختبار. تقلل الدائرة المصممة جيدًا من أشهر التجارب الكيميائية في أنابيب الاختبار إلى دقيقة واحدة على الدائرة المصغرة نفسها. بمجرد أن تم تصميم وإنشاء هذه الشريحة ، تم تحميل عينات قطرات عليها.



يعتمد النظام على مبدأ الانعكاس المرآوي للمجال المغناطيسي المطبق. يطلق براكاش على اختراعه "الساعة المغناطيسية". هذه مجموعة من أربع أطواق تخلق مجالًا مغناطيسيًا حول الشريحة نفسها. تحتوي الرقاقة ، نصف حجم طابع البريد ، على قضبان معدنية صغيرة مدمجة ممغنطة بسهولة. تشكل القضبان مسارات متشابكة تشبه متاهة لعبة Pac-Man. السطح مغطى بطبقة رقيقة من الزيت ، والتي تضمن الحركة الحرة للقطرات السائلة. رقاقة زجاجية مع متاهة جاهزة ومغطاة بالزيت مغطاة بزجاج ثان بسمك 0.2 مم.

يحتوي السائل على جزيئات نانو مغناطيسية حساسة للمجال المغناطيسي المطبق. (لا يمكن وضع قطرات السائل التجريبي إلا في الدائرة المصغرة المجمعة الجاهزة للاستخدام.) فقط بعد تجميع الدائرة المصغرة بالكامل وجاهزة للاستخدام ، يمكن وضع قطرات من السائل التجريبي فيها. يسمح لك هذا التسلسل بالتحكم بوضوح في حجمها من 10 ميكرومتر إلى 1 مم.

من خلال تغيير قطبية القنوات ، يمكن لفريق العلماء اختيار الطريقة التي ستمر بها المتاهة. في "الساعة المغناطيسية" يتم تزويد الجهد بالتسلسل إلى الأطواق ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا. يستغرق تطبيق الجهد على أحد الأطواق جزءًا من الثانية ويطلق عليه الإيقاع. في هذا الوقت ، تأخذ القطرات خطوة واحدة بالضبط. يتم تثبيت كاميرا حساسة فوق الجهاز ، معتبرة المادة التجريبية كوحدة ، وغيابها - صفر. وهكذا ، تم تنفيذ هيكل القيادة الثنائية الكلاسيكية.



يدعي الباحثون أنه يمكنهم التحكم في ملايين القطرات في نفس الوقت كنموذج تقني واسع النطاق. في الكمبيوتر الكلاسيكي ، يتم التحكم في البتات بواسطة دورة ساعة ، ولكنها هنا تعتمد على فيزياء السوائل. حتى آلاف القطرات المختلفة تتفاعل على نفس المبدأ ، وتعمل بشكل متزامن لتحقيق الأهداف الحسابية.

بعض أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الأقدم (COMPUTERS) ، مثل UNIVAC I ، لديها ذاكرة قائمة على الزئبق. هذا هو السبب في أن فكرة تمثيل القوة الحاسوبية القائمة على المواد السائلة ليست جديدة.



الجديد هو استخدام الهيكل المادي للرقاقة لإضفاء حركة مستهدفة ومبرمجة على المادة السائلة. أفضل السيناريوهات لتطوير التكنولوجيا هو تحول نموذجي في نهج الكيمياء التجريبية ، مما سيؤدي إلى زيادة في أداء الكمبيوتر.

كما أنها دفعة كبيرة نحو الجيل الجديد من الأدوية على رقاقة. سيسمح لنا هذا الإنجاز بدراسة تأثير الأدوية على الأعضاء الفردية في جسم الإنسان. هذه هي القدرة على التحقق بسرعة وبشكل منهجي من آثار الآلاف من المواد. (وضح ما يؤثرون عليه؟) ما الذي سيقود على المدى الطويل إلى النقطة التالية ، المسماة "رجل على رقاقة" ، عندما يمكن لجهاز كمبيوتر أن يحل محل كائن حي.



أعتقد أنك قابلت بالفعل الأخبار حول الدائرة الدقيقة "الخضراء" ، حيث يتم استبدال السيليكون بورق مطلي بالإيبوكسي مصنوع من ألياف النانو الليفية السليولوزية (CNF). إن الجمع بين هذه الأفكار سيجعل العلماء أقرب إلى إنشاء كمبيوتر أخضر. سيؤدي غياب الإلكترونات ووجود الزيت ، والذي يمكن استبداله بـ 3M Novec ، إلى تقليل تكاليف التبريد بشكل كبير ، وتقليلها إلى الصفر تقريبًا.

الآن أصبحت تقنية "Drop on a chip" أقل في أدائها لأي هاتف ذكي لوحدة المعالجة المركزية. دعونا نتذكر Intel 4004 ، وهي شريحة مرهقة وبطيئة بشكل رهيب بالمعايير الحديثة. ولكن بالنسبة لعام 1971 ، كان إنجازًا حقيقيًا تطور إلى شيء جميل. لذا فإن "Drop on a chip" ليس تحسينًا آخر. هذه تقنية جديدة ، حقبة لن تؤثر فقط على عالم الكمبيوتر ، ولكن أيضًا على جميع العلوم التطبيقية.

Source: https://habr.com/ru/post/ar380639/