Stanford e outra inovação

O homem é 80% líquido. Pergunta: quantos computadores podem ser feitos de uma pessoa? À primeira vista, a resposta é óbvia - de maneira alguma. Mas você não ouviu falar de outra inovação de cientistas da Universidade de Stanford.



As mentes de Stanford passaram mais de dez anos desenvolvendo e criando o primeiro modelo de computador em funcionamento, com base no movimento físico de gotas de água “solte em um chip”. Essa é uma verdadeira inovação na física da computação, que se baseia na designação básica de um computador: um dispositivo programável capaz de executar operações lógicas (matemáticas). Combinando teorias avançadas em hidrodinâmica e teorias obsoletas em tecnologia computacional, a equipe de Manu Prokash criou um computador cujas capacidades computacionais são completamente baseadas na física da água.



Um computador baseado na física de mover gotículas de líquido funciona muitas vezes mais lentamente que um computador baseado no movimento de elétrons. É verdade que, neste caso, isso realmente não importa. Ninguém esperava que a nova CPU baseada em líquido fosse super rápida. Mas o pesquisador principal Manu Prakash e seus alunos de pós-graduação esperam que o uso dos princípios computacionais na manipulação de líquidos produza uma revolução computacional em outros campos da ciência.

Inicialmente, o principal objetivo de Prakash (professor associado de bioengenharia) era criar uma plataforma para análises químicas super-rápidas e confiáveis. O método, que será descrito em mais detalhes abaixo, potencialmente permite enviar milhões de gotas de líquido ao longo do circuito do microcircuito, onde cada uma das gotas pode conter produtos químicos diferentes para teste. Um chip bem projetado reduz os meses de experimentos químicos em tubos de ensaio para um minuto no próprio chip. Assim que esse chip foi projetado e criado, amostras de gotas foram carregadas nele.



O sistema é baseado no princípio da reflexão especular do campo magnético aplicado. Prakash chama sua invenção de "relógio magnético". Este é um conjunto de quatro argolas que criam um campo magnético ao redor do próprio chip. O chip, metade do tamanho de um selo postal, possui pequenas hastes metálicas embutidas que são facilmente magnetizadas. As hastes formam caminhos emaranhados semelhantes ao labirinto do jogo Pac-Man. A superfície é coberta com uma fina camada de óleo, que fornece livre movimento de gotículas de líquido. Um chip de vidro com um labirinto pronto e coberto com óleo é coberto com um segundo copo com 0,2 mm de espessura.

O líquido contém nanopartículas magnéticas sensíveis ao campo magnético aplicado. (Gotas do líquido experimental só podem ser colocadas no microcircuito montado e pronto para usar.) Somente depois que o microcircuito estiver totalmente montado e pronto para o uso, gotas do líquido experimental serão colocadas nele. Essa sequência permite controlar claramente o tamanho de 10 μm a 1 mm.

Ao mudar a polaridade dos canais, a equipe de cientistas pode escolher por qual caminho o labirinto passará. No "relógio magnético", a tensão é fornecida sequencialmente aos aros, criando um campo magnético. A aplicação de tensão em um dos circuitos leva uma fração de segundo e é chamada de batida. Neste momento, as gotas dão exatamente um passo. Uma câmera sensível é instalada acima do dispositivo, percebendo a substância experimental como uma unidade e sua ausência - como zero. Assim, a estrutura clássica de comandos binários foi implementada.



Os pesquisadores afirmam que podem controlar milhões de quedas ao mesmo tempo que um modelo de tecnologia em larga escala. Em um computador clássico, os bits são controlados por um ciclo de clock, mas aqui eles são baseados na física dos fluidos. Até mil quedas diferentes interagem com o mesmo princípio, trabalhando de forma síncrona para alcançar objetivos computacionais.

Alguns dos primeiros computadores eletrônicos (COMPUTADORES), como o UNIVAC I, possuíam memória baseada em mercúrio. É por isso que a idéia de representar o poder de computação com base na matéria líquida não é nova.



A novidade é o uso da estrutura física do chip para transmitir um movimento direcionado e programado à substância líquida. O melhor dos cenários para o desenvolvimento da tecnologia é uma mudança de paradigma na abordagem da química experimental, que levará a um aumento no desempenho do computador.

É também um grande empurrão para a nova geração de remédios orgânicos em um chip. Essa conquista nos permitirá estudar o efeito de drogas em órgãos individuais do corpo humano. Essa é a capacidade de verificar rápida e sistematicamente os efeitos de milhares de substâncias. (Indique o que eles influenciam?) O que levará a longo prazo para o próximo ponto, chamado "uma pessoa em um chip", quando um computador pode substituir um organismo vivo.



Acho que você já conheceu as notícias sobre o microcircuito “verde”, no qual o silício é substituído por papel revestido de epóxi feito de nanofibrila de celulose (CNF). A combinação dessas idéias aproximará os cientistas da criação de um computador verde. A ausência de elétrons e a presença de óleo, que podem ser substituídos pela 3M Novec, reduzirão significativamente os custos de refrigeração, reduzindo-os a quase zero.

Agora, a tecnologia "Drop on a chip" tem desempenho inferior a qualquer smartphone com CPU. Lembremos o Intel 4004, um chip pesado e muito lento para os padrões modernos. Mas para o ano de 1971, foi um verdadeiro avanço que evoluiu para algo bonito. Portanto, “usar um chip” não é outra melhoria. Esta é uma nova tecnologia, uma era que afetará não apenas o mundo dos computadores, mas também todas as ciências aplicadas.

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