Stanford dan inovasi lainnya

Manusia adalah cairan 80%. Pertanyaan: berapa banyak komputer yang dapat dibuat dari seseorang? Sekilas, jawabannya jelas - tidak sama sekali. Tetapi Anda belum pernah mendengar tentang inovasi lain dari para ilmuwan di Universitas Stanford.



Pikiran Stanford telah menghabiskan lebih dari sepuluh tahun mengembangkan dan menciptakan model komputer operasional pertama berdasarkan gerakan fisik tetesan air "drop on a chip". Ini adalah terobosan nyata dalam fisika komputasi, yang didasarkan pada penunjukan dasar komputer: perangkat yang dapat diprogram yang mampu melakukan operasi logis (matematis). Menggabungkan teori-teori canggih dalam hidrodinamika dan teori-teori usang dalam komputasi, tim Manu Prokash menciptakan sebuah komputer yang kemampuan komputasinya sepenuhnya berdasarkan pada fisika air.



Komputer yang didasarkan pada fisika tetesan cairan bergerak berkali-kali lebih lambat daripada komputer yang didasarkan pada pergerakan elektron. Benar, dalam hal ini tidak terlalu penting. Tidak ada yang mengharapkan CPU berbasis cairan baru menjadi super cepat. Tetapi ketua peneliti Manu Prakash dan mahasiswa pascasarjananya berharap bahwa penggunaan prinsip-prinsip komputasi dalam memanipulasi cairan akan menghasilkan revolusi komputasi di bidang ilmu pengetahuan lainnya.

Awalnya, tujuan utama Prakash (associate professor di bidang bioengineering) adalah menciptakan platform untuk analisis kimia super cepat yang andal. Metode ini, yang akan dijelaskan secara lebih terperinci di bawah ini, berpotensi memungkinkan Anda untuk mengirim jutaan tetes cairan di sepanjang sirkuit sirkuit mikro, di mana setiap tetes tersebut mungkin mengandung bahan kimia yang berbeda untuk pengujian. Sebuah chip yang dirancang dengan baik mengurangi bulan percobaan kimia dalam tabung reaksi menjadi satu menit pada chip itu sendiri. Segera setelah chip ini dirancang dan dibuat, sampel tetesan dimuat ke dalamnya.



Sistem ini didasarkan pada prinsip refleksi specular dari medan magnet yang diterapkan. Prakash menyebut penemuannya "jam magnetik". Ini adalah seperangkat empat lingkaran yang menciptakan medan magnet di sekitar chip itu sendiri. Chip, setengah ukuran perangko, memiliki batang logam kecil di dalamnya yang mudah dimagnetisasi. Batang membentuk jalur kusut mirip dengan labirin game Pac-Man. Permukaan ditutupi dengan lapisan tipis minyak, yang memastikan pergerakan tetesan cairan bebas. Sebuah chip kaca dengan labirin siap pakai dan ditutupi dengan minyak ditutupi dengan kaca kedua dengan tebal 0,2 mm.

Cairan tersebut mengandung partikel nano magnetik yang peka terhadap medan magnet yang diterapkan. (Tetesan cairan eksperimental hanya dapat ditempatkan di dalam rangkaian mikro yang siap pakai dan yang siap pakai.) Hanya setelah sirkuit mikro dipasang penuh dan siap digunakan, tetes cairan eksperimental dapat ditempatkan di dalamnya. Urutan seperti itu memungkinkan Anda mengontrol ukurannya dengan jelas dari 10 μm hingga 1 mm.

Dengan mengubah polaritas saluran, tim ilmuwan dapat memilih jalan labirin yang akan dilalui. Dalam "jam magnetik" tegangan secara berurutan dipasok ke simpai, menciptakan medan magnet. Menerapkan tegangan ke salah satu simpai membutuhkan waktu sepersekian detik dan disebut ketukan. Pada saat ini, tetesan mengambil tepat satu langkah. Sebuah kamera sensitif dipasang di atas perangkat, menganggap substansi eksperimental sebagai satu unit, dan ketiadaannya - sebagai nol. Dengan demikian, struktur perintah biner klasik diimplementasikan.



Para peneliti mengklaim bahwa mereka dapat mengendalikan jutaan tetes pada saat yang sama dengan model teknologi skala besar. Dalam komputer klasik, bit dikontrol oleh siklus clock, tetapi di sini bit didasarkan pada fisika fluida. Bahkan seribu tetes berbeda berinteraksi dengan prinsip yang sama, bekerja secara serempak untuk mencapai tujuan komputasi.

Beberapa komputer elektronik paling awal (komputer), seperti UNIVAC I, memiliki memori berbasis merkuri. Itu sebabnya gagasan untuk mewakili daya komputasi berdasarkan zat cair bukanlah hal baru.



Apa yang baru adalah penggunaan struktur fisik chip untuk memberikan gerakan yang ditargetkan dan terprogram pada zat cair. Skenario terbaik untuk pengembangan teknologi adalah perubahan paradigma dalam pendekatan kimia eksperimental, yang akan mengarah pada peningkatan kinerja komputer.

Ini juga merupakan dorongan besar menuju generasi baru obat organ-on-a-chip. Prestasi ini akan memungkinkan kita untuk mempelajari efek obat pada organ individu dalam tubuh manusia. Ini adalah kemampuan untuk dengan cepat dan sistematis memeriksa efek dari ribuan zat. (Tunjukkan apa yang mereka pengaruhi?) Apa yang akan mengarah dalam jangka panjang ke poin berikutnya, yang disebut "seseorang di atas sebuah chip", ketika satu komputer dapat menggantikan organisme hidup.



Saya pikir Anda sudah bertemu dengan berita tentang sirkuit mikro "hijau", di mana silikon diganti dengan kertas berlapis epoksi yang terbuat dari selulosik nanofibril (CNF). Kombinasi dari ide-ide ini akan membawa para ilmuwan lebih dekat untuk menciptakan komputer hijau. Tidak adanya elektron dan keberadaan minyak, yang dapat diganti dengan 3M Novec, akan secara signifikan mengurangi biaya pendinginan, mengurangi mereka hingga hampir nol.

Sekarang teknologi "Drop on a chip" lebih rendah kinerjanya dibandingkan smartphone CPU mana pun. Mari kita ingat Intel 4004, sebuah chip yang rumit dan sangat lambat oleh standar modern. Namun untuk tahun 1971, itu adalah terobosan nyata yang berkembang menjadi sesuatu yang indah. Jadi "Jatuhkan chip" bukan peningkatan lain. Ini adalah teknologi baru, era yang akan mempengaruhi tidak hanya dunia komputer, tetapi juga semua ilmu terapan.

Source: https://habr.com/ru/post/id380639/