Stanford y otra innovación

El hombre es 80% líquido. Pregunta: ¿Cuántas computadoras se pueden hacer de una persona? A primera vista, la respuesta es obvia, en absoluto. Pero no ha escuchado sobre otra innovación de los científicos de la Universidad de Stanford.



Las mentes de Stanford han pasado más de diez años desarrollando y creando el primer modelo de computadora en funcionamiento basado en el movimiento físico de las gotas de agua "drop on a chip". Este es un verdadero avance en la física de la informática, que se basa en la designación básica de una computadora: un dispositivo programable capaz de realizar operaciones lógicas (matemáticas). Combinando teorías avanzadas en hidrodinámica y teorías obsoletas en tecnología computacional, el equipo de Manu Prokash creó una computadora cuyas capacidades computacionales se basan completamente en la física del agua.



Una computadora basada en la física de mover gotitas de líquido funciona muchas veces más lento que una computadora basada en el movimiento de electrones. Es cierto que en este caso realmente no importa. Nadie esperaba que la nueva CPU basada en líquido fuera súper rápida. Pero el investigador principal Manu Prakash y sus estudiantes de posgrado esperan que el uso de principios computacionales en la manipulación de líquidos revolucione la informática en otras áreas de la ciencia.

Inicialmente, el objetivo principal de Prakash (profesor asociado en bioingeniería) era crear una plataforma para el análisis químico súper rápido y confiable. El método, que se describirá con más detalle a continuación, potencialmente le permite enviar millones de gotas de líquido a lo largo del circuito del microcircuito, donde cada una de las gotas puede contener diferentes productos químicos para las pruebas. Un chip bien diseñado reduce los meses de experimentos químicos en tubos de ensayo a un minuto en el chip mismo. Tan pronto como este chip fue diseñado y creado, se cargaron muestras de gotas en él.



El sistema se basa en el principio de reflexión especular del campo magnético aplicado. Prakash llama a su invento "reloj magnético". Este es un conjunto de cuatro aros que crean un campo magnético alrededor del chip. El chip, la mitad del tamaño de un sello postal, tiene pequeñas barras de metal incorporadas que se pueden magnetizar fácilmente. Las barras forman caminos enredados similares al laberinto del juego Pac-Man. La superficie está cubierta con una fina capa de aceite, lo que garantiza el libre movimiento de las gotas de líquido. Una viruta de vidrio con un laberinto prefabricado y cubierta con aceite se cubre con un segundo vidrio de 0.2 mm de espesor.

El líquido contiene nanopartículas magnéticas que son sensibles al campo magnético aplicado. (Las gotas del líquido experimental solo se pueden colocar en el microcircuito ensamblado y listo para usar). Solo después de que el microcircuito esté completamente ensamblado y listo para usar, se pueden colocar gotas del líquido experimental en él. Tal secuencia le permite controlar claramente su tamaño de 10 μm a 1 mm.

Al cambiar la polaridad de los canales, el equipo de científicos puede elegir la forma en que pasará el laberinto. En el "reloj magnético", el voltaje se suministra secuencialmente a los aros, creando un campo magnético. La aplicación de voltaje a uno de los aros lleva una fracción de segundo y se denomina ritmo. En este momento, las gotas dan exactamente un paso. Se instala una cámara sensible sobre el dispositivo, que percibe la sustancia experimental como una unidad y su ausencia, como cero. Por lo tanto, se implementó la estructura de comando binario clásico.



Los investigadores afirman que pueden controlar millones de gotas al mismo tiempo que un modelo de tecnología a gran escala. En una computadora clásica, los bits están controlados por un ciclo de reloj, pero aquí se basan en la física de fluidos. Incluso mil gotas diferentes interactúan con el mismo principio, trabajando sincrónicamente para lograr objetivos computacionales.

Algunas de las primeras computadoras electrónicas (COMPUTADORAS), como UNIVAC I, tenían memoria basada en mercurio. Es por eso que la idea de representar la potencia informática basada en materia líquida no es nueva.



Lo nuevo es el uso de la estructura física del chip para impartir un movimiento dirigido y programado a la sustancia líquida. El mejor de los escenarios para el desarrollo de la tecnología es un cambio de paradigma en el enfoque de la química experimental, que conducirá a un aumento en el rendimiento de la computadora.

También es un gran impulso hacia la nueva generación de medicamentos organ-on-a-chip. Este logro nos permitirá estudiar el efecto de las drogas en los órganos individuales del cuerpo humano. Esta es la capacidad de verificar rápida y sistemáticamente los efectos de miles de sustancias. (¿Indicar a qué afectan?) ¿Qué conducirá a largo plazo al siguiente punto, llamado “hombre en un chip”, cuando una computadora puede reemplazar a un organismo vivo?



Creo que ya conoció las noticias sobre el microcircuito "verde", en el que el silicio se reemplaza por papel recubierto de epoxi hecho de nanofibril de celulosa (CNF). La combinación de estas ideas acercará a los científicos a la creación de una computadora ecológica. La ausencia de electrones y la presencia de aceite, que puede reemplazarse con 3M Novec, reducirá significativamente los costos de enfriamiento, reduciéndolos a casi cero.

Ahora la tecnología "Drop on a chip" es inferior en rendimiento a cualquier teléfono inteligente con CPU. Recordemos el Intel 4004, un chip que era engorroso y terriblemente lento para los estándares modernos. Pero para el año 1971, fue un gran avance que se convirtió en algo hermoso. Así que "Drop on a chip" no es otra mejora. Esta es una nueva tecnología, una era que afectará no solo al mundo de las computadoras, sino también a todas las ciencias aplicadas.

Source: https://habr.com/ru/post/es380639/