Počítač, který pracuje na bázi kapek

Nová forma počítače nepracuje s elektrony, ale s celými kapkami kapaliny, které se mohou pohybovat ve vytvořených obvodech a provádět logické operace. Co to znamená do budoucna?

Mezi nejrozšířenější druhy počítačů na naší planetě v současnosti patří ty elektronické, které pracují se samotnými elektrony. K externí komunikaci používáme fotony a jak láká The Machine od HP, fotony bude používat pro komunikaci i uvnitř počítače a pro ukládání dat pak ionty (Memristorová paměť).

Vědci ze Stanfordské univerzity a vytvořili počítač, který pracuje a je schopen logických operací s celými kapkami.

Téměř deset let vývoje

Profesor Manu Prakash se snaží už téměř deset let vytvořit počítač, který by byl tvořený pomocí kapaliny, respektive jednotlivých kapek. Je expertem na proudění a řízený pohyb kapalin (kapek). A právě pomocí těchto fyzikálních vlastností chtěl vytvořit počítač, který by pracoval s kapkami jako s bity a zároveň by manipuloval s hmotou na mnohem komplexnější úrovni, než jsou elektrony či fotony u současných počítačů.

Klepněte pro větší obrázek
Pohled do laboratoře

Cílem tak není konkurovat elektronickým počítačům z pohledu výpočetního výkonu, ale vytvořit zcela nový druh počítače, který by mohl způsobit revoluci v chemii a manipulací hmoty v rozmezí 100 nm (virus) až 1 000 nm (bakterie). Se studenty tak postupně během let vytvořil funkční prototyp synchronního logického obvodu, který pracuje na bázi miniaturních kapek ferrofluidu s magnetickými nanočásticemi.

Bez hodinového signálu to nejde

Jeden ze základních prvků konstrukce, který bylo nutné vytvořit, byl hodinový signál. Ten se vyskytuje takřka ve všech elektronických zařízeních a zajišťuje synchronizaci akcí s velmi přesným načasováním.

Klepněte pro větší obrázek
Detail cívek, které vytváří rotující magnetické pole

Stejnou techniku pro synchronizaci bylo nutné implementovat i v obvodu pracujícího s kapkami kapaliny. Nakonec se podařilo vytvořit systém, který využívá rotující magnetického pole, jež synchronizuje všechny kapky v obvodu. Díky tomu už nedocházelo ke zpožděním a rozhození jednotlivých operací., které by tak byly nepoužitelné.

Klepněte pro větší obrázek
Uvnitř magnetické konstrukce pro tvorbu hodinového signálu je umístěn obvod s kapkami

Magnetický hodinový signál byl také ideálním řešení pro budoucí škálování, protože s rotujícím magnetickým polem lze najednou ovládat synchronizaci všech kapek v obvodu, přičemž jejich počet lze dále škálovat na mnohem větší počty (klidně i miliony kapek), než používá současný prototyp.

Logický obvod jako bludiště

Kapky ferrofluidu přibližně o velikost zrnek máku se ale musí v něčem pohybovat a provádět logické operace. Tým vytvořil miniaturní destičku o velikosti přibližně poloviny poštovní známky, která je tvořená kovovými spoji umístěnými uvnitř dvojice průhledných sklíček. Uvnitř této konstrukce se nachází i vrstva oleje.

Klepněte pro větší obrázek
Detail obvodu a pohybující se kapky ferrofluidu (černé tečky)

Celý obvod kovových spojů na první pohled vypadá jako nějaké bludiště, ale ve skutečnosti návrh odpovídá logickým obvodům, ve kterém interagují jednotlivé kapky. Pokud se v dané částí nachází kapka, symbolizuje digitální jedničku, pokud nikoli, znamená to digitální nulu. Tento „čip“ je tak schopný výpočtů, ale zatím samozřejmě v neuvěřitelné malém množství.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek

Při každé změně magnetického pole dochází ke stejnému posunu kapek v obvodu předurčeným směrem. Poskládáním kovových spojů lze vytvořit všechny možné logické členy (AND, OR, NOT, NOR, XOR, NAND, XNOR).

Přesné ovládání hmoty

Kapky jsou sice tvořené z magnetických nanočástic, mohou ale zároveň obsahovat i jinou hmotu, která bude v rámci obvodu přenášená. Nabízí se tak možnost pomocí této konstrukce sestrojit miniaturní chemické laboratoře, které bude v miniaturním měřítku a velmi přesně provádět chemické reakce a experimenty.

Klepněte pro větší obrázek
Obvod je zatím jednoduchý a používá jen několik kapek, teoreticky je ale možné škálovat i na miliony kapek

Mnohem revolučnější je ale obecný pohled, který umožní precizně a v reálném čase manipulovat s hmotou v oblasti stovek nanometrů. To může vést k budoucímu způsobu vytváření všech různých nanostrojů, nanomateriálů a podobně.

Cílem je konstrukci nadále zlepšovat, zvyšovat počet kapek, složitost obvodů i rychlost. Aby vývoj mohl jít rychleji, rozhodl se tým poskytnout plány a designové nástroje pro veřejnost a další týmy po celém světě. Můžeme tak očekávat, že se do výzkumu zapojí i další chytré mozky a umožní tak exponenciální vývoj, podobně jako se to děje u elektronických obvodů.

Témata článku: Technologie

3 komentáře

Nejnovější komentáře

  • Axel_foley4 14. 6. 2015 19:29:42
    Tohle sem četl na webu extrapublishingu a napsali to mnohém lépe...
  • thegrid 14. 6. 2015 16:54:52
    Nějak nechápu princip log. funkcí. Jako že díky magn. poli (jsme zas u...
  • Poltergeist 13. 6. 2015 13:40:14
    To bude pocitac Kevina Costnera, tj ten co natacel ve Vodnim svete vrazdu...

Určitě si přečtěte


Deset tipů, jak ovládnout Google: Vyhledávejte jako mistři

Deset tipů, jak ovládnout Google: Vyhledávejte jako mistři

** Vyhledávače jsou natolik dobré, že si poradí i s frází v běžné češtině ** Pokud to ale nebude stačit, můžete vyzkoušet pokročilé funkce ** Vybrali jsme ty nejzajímavější

Včera | Jakub Čížek | 12

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme IR, ovládneme světýlko přes Bluetooth a vyšleme zprávu na sto metrů

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme IR, ovládneme světýlko přes Bluetooth a vyšleme zprávu na sto metrů

** Budeme odposlouchávat IR ovladač klimatizace ** Vyrobíme laciný rádiový vysílač ** Vyzkoušíme komunikaci pomocí Bluetooth a v pásmu 433 MHz

21.  9.  2016 | Jakub Čížek | 19

Nejlepší programy pro střih videa na doma: 10 video editorů, ze kterých si vyberete

Nejlepší programy pro střih videa na doma: 10 video editorů, ze kterých si vyberete

** Adobe Premiere Pro ani Final Cut se pro běžné uživatele příliš nehodí ** Programy na domácí střih většinou stojí do dvou tisíc ** V desítce nejzajímavějších najdete i 3 videoeditory dostupné zdarma

19.  9.  2016 | Stanislav Janů | 37

Vymazat se z internetu není možné, velkou část osobního obsahu však odstranit můžete

Vymazat se z internetu není možné, velkou část osobního obsahu však odstranit můžete

** Online stopy i se svým jménem zanechá většina uživatelů internetu ** Jejich smazání nikdy nebude stoprocentní ** Poradíme, jak odstranit jejich větší část

20.  9.  2016 | Stanislav Janů | 22

Jak zastavit nechtěné programy na Windows? Koukněte na Plánovač úloh

Jak zastavit nechtěné programy na Windows? Koukněte na Plánovač úloh

** V systému se mohou periodicky spouštět nechtěné aplikace ** Anebo si vyberou tu nejméně vhodnou chvíli ** Prozkoumejte Plánovač úloh na Windows

23.  9.  2016 | Jakub Čížek | 127


Aktuální číslo časopisu Computer

Srovnání výhodných 27" monitorů

Velký test levných rychlých routerů

Jak nastavit Android, aby vás nesledoval

45 podrobných testů a recenzí