Наука и техника

Наука и техника / Прикладные исследования /

Создан рабочий прототип «пневматического» микропроцессора

05 сентября 2009 года, 02:02 | Текст: Дмитрий Сафин

Двое ученых из Мичиганского университета (США) сконструировали микропроцессор, для представления данных в котором используется воздух.

Реализация логического элемента И-НЕ в «пневматическом» микропроцессоре (иллюстрация авторов работы).

Другими словами, информация кодируется уровнем давления в микроканалах устройства: «вакуум» соответствует 0, «атмосфера» — 1. Распространение данных по каналам контролируют пневматические клапаны, для управления которыми предусмотрены небольшие камеры, расположенные под каналами передачи и отделенные от них гибкой непроницаемой мембраной. При подаче воздуха в камеру мембрана выгибается вверх и закрывает соответствующий клапан; при откачке воздуха мембрана выгибается в другую сторону, и клапан открывается, разрешая прохождение сигнала.

Для реализации этой концепции на практике авторы использовали кремнийорганическое соединение полидиметилсилоксан, что дало возможность наблюдать за работой устройства (см. видео ниже): выгнутая вниз мембрана значительно лучше отражает падающее на нее излучение. Сначала ученые создали основные элементы будущих схем (логические вентили, сдвиговые регистры, триггеры) и протестировали их, а затем сконструировали рабочие образцы двух-, трех-, четырех- и восьмибитных микропроцессоров.

По мнению ученых, у подобных микропроцессоров есть вполне конкретная сфера применения: они прекрасно подойдут для управления так называемыми микрожидкостными устройствами, которые используются в химических и биологических исследованиях. «Во многих микрожидкостных устройствах управление током жидкости осуществляется с помощью пневматических клапанов, поэтому добавить к ним пневматическую схему управления должно быть легко», — комментирует один из участников исследования Марк Бёрнс (Mark Burns). А вот приспособить электронные компоненты для работы с такими системами довольно тяжело: придется развивать новые технологии производства.

Еще одним преимуществом микропроцессора является его простота: в качестве источника вакуума можно, к примеру, использовать ручной насос. Впрочем, составить реальную конкуренцию электронным аналогам такое устройство, разумеется, не сможет: оно безнадежно уступает им по скорости работы.

Концепция объединения управляющего «пневматического» микропроцессора и микрожидкостного устройства (иллюстрация авторов работы).

Трехбитный «пневматический» микропроцессор. Вверху — принципиальная схема, внизу — схема практической реализации; обозначения см. выше. (Иллюстрация авторов работы.)