Stanford et une autre innovation

L'homme est liquide à 80%. Question: combien d'ordinateurs peuvent être fabriqués à partir d'une personne? À première vue, la réponse est évidente - pas du tout. Mais vous n'avez pas entendu parler d'une autre innovation par des scientifiques de l'Université de Stanford.



Les esprits de Stanford ont passé plus de dix ans à développer et créer le premier modèle informatique fonctionnel basé sur le mouvement physique des gouttelettes d'eau «goutte sur puce». Il s'agit d'une véritable percée dans la physique de l'informatique, qui repose sur la désignation de base d'un ordinateur: un appareil programmable capable d'effectuer des opérations logiques (mathématiques). Combinant des théories avancées en hydrodynamique et des théories obsolètes en technologie de calcul, l'équipe de Manu Prokash a créé un ordinateur dont les capacités de calcul sont entièrement basées sur la physique de l'eau.



Un ordinateur basé sur la physique des gouttelettes de liquide en mouvement fonctionne beaucoup plus lentement qu'un ordinateur basé sur le mouvement des électrons. Certes, dans ce cas, cela n'a pas vraiment d'importance. Personne ne s'attendait à ce que le nouveau processeur à base de liquide soit ultra-rapide. Mais le chercheur principal Manu Prakash et ses étudiants diplômés espèrent que l'utilisation des principes de calcul dans la manipulation des liquides produira une révolution informatique dans d'autres domaines de la science.

Initialement, l'objectif principal de Prakash (professeur agrégé de bio-ingénierie) était de créer une plate-forme pour une analyse chimique ultra-rapide fiable. La méthode, qui sera décrite plus en détail ci-dessous, vous permet potentiellement d'envoyer des millions de gouttes de liquide le long du circuit du microcircuit, où chacune des gouttes peut contenir différents produits chimiques à tester. Une puce bien conçue réduit les mois d'expériences chimiques dans des tubes à essai à une minute sur la puce elle-même. Dès que cette puce a été conçue et créée, des échantillons de gouttelettes y ont été chargés.



Le système est basé sur le principe de la réflexion spéculaire du champ magnétique appliqué. Prakash appelle son invention «horloge magnétique». Il s'agit d'un ensemble de quatre cerceaux qui créent un champ magnétique autour de la puce elle-même. La puce, de la moitié de la taille d'un timbre-poste, comporte de minuscules tiges métalliques intégrées qui sont facilement magnétisées. Les tiges forment des chemins enchevêtrés similaires au labyrinthe du jeu Pac-Man. La surface est recouverte d'une fine couche d'huile, qui assure la libre circulation des gouttelettes de liquide. Une puce de verre avec un labyrinthe prêt à l'emploi et recouverte d'huile est recouverte d'un second verre de 0,2 mm d'épaisseur.

Le liquide contient des nanoparticules magnétiques sensibles au champ magnétique appliqué. (Les gouttes du liquide expérimental ne peuvent être placées que dans le microcircuit assemblé et prêt à l'emploi.) Ce n'est qu'une fois le microcircuit entièrement assemblé et prêt à l'emploi que des gouttes de liquide expérimental peuvent y être placées. Une telle séquence vous permet de contrôler clairement leur taille de 10 μm à 1 mm.

En changeant la polarité des canaux, l'équipe de scientifiques peut choisir la direction du labyrinthe. Dans «l'horloge magnétique», la tension est fournie séquentiellement aux cerceaux, créant un champ magnétique. L'application d'une tension à l'un des cerceaux prend une fraction de seconde et s'appelle un battement. À ce moment, les gouttes font exactement un pas. Une caméra sensible est installée au-dessus de l'appareil, percevant la substance expérimentale comme une unité et son absence - comme nulle. Ainsi, la structure de commande binaire classique a été implémentée.



Les chercheurs affirment qu'ils peuvent contrôler des millions de gouttes en même temps qu'un modèle technologique à grande échelle. Dans un ordinateur classique, les bits sont contrôlés par un cycle d'horloge, mais ici ils sont basés sur la physique des fluides. Même un millier de gouttes différentes interagissent sur le même principe, travaillant de manière synchrone pour atteindre des objectifs de calcul.

Certains des premiers ordinateurs électroniques (ORDINATEURS), comme UNIVAC I, avaient une mémoire à base de mercure. C'est pourquoi l'idée de représenter la puissance de calcul à partir de matière liquide n'est pas nouvelle.



Ce qui est nouveau, c'est l'utilisation de la structure physique de la puce pour conférer un mouvement ciblé et programmé à la substance liquide. Le meilleur des scénarios pour le développement de la technologie est un changement de paradigme dans l'approche de la chimie expérimentale, qui conduira à une augmentation des performances informatiques.

C'est également un grand coup de pouce vers la nouvelle génération de médicaments à base d'organes sur puce. Cette réalisation nous permettra d'étudier l'effet des médicaments sur les organes individuels du corps humain. Il s'agit de la capacité de vérifier rapidement et systématiquement les effets de milliers de substances. (Indiquez ce qu'ils influencent?) Qu'est-ce qui mènera à long terme au point suivant, appelé «une personne sur une puce», lorsqu'un ordinateur peut remplacer un organisme vivant.



Je pense que vous avez déjà rencontré l'actualité du microcircuit «vert», dans lequel le silicium est remplacé par du papier couché époxy à base de nanofibrilles de cellulose (CNF). La combinaison de ces idées rapprochera les scientifiques de la création d'un ordinateur vert. L'absence d'électrons et la présence d'huile, qui peut être remplacée par 3M Novec, réduira considérablement les coûts de refroidissement, les ramenant à presque zéro.

Désormais, la technologie «Drop on a chip» est inférieure dans ses performances à n'importe quel smartphone CPU. Rappelons l'Intel 4004, une puce encombrante et terriblement lente par rapport aux normes modernes. Mais pour l'année 1971, ce fut une véritable percée qui a évolué vers quelque chose de beau. «Drop on a chip» n'est donc pas une autre amélioration. Il s'agit d'une nouvelle technologie, une ère qui affectera non seulement le monde informatique, mais aussi toutes les sciences appliquées.

Source: https://habr.com/ru/post/fr380639/