Изобретён компьютер, производящий вычисления на каплях жидкости

В новом компьютере вычисления производятся путём перемещения капель ферромагнитной жидкости по лабиринту
(фото Stanford University).

Современные компьютеры и вода — вещи несовместимые. Об этом знает каждый, кто проливал кофе на клавиатуру хоть раз в своей жизни. Но инженеры из Стэнфордского университета решили сломать этот стереотип. Они разработали процессор, который вместо электронов использует для работы движение капель жидкости.

Профессор биоинженерии Ману Пракаш (Manu Prakash) вынашивал идею необычной вычислительной машины почти десять лет. К слову, ранее этот неутомимый исследователь и изобретатель демонстрировал миру бумажный микроскоп, помогающий бороться с малярией, и химический набор для школьников, стимулирующий интерес к науке.

Многие из идей учёного родом из его детства и юности. Так, ещё будучи аспирантом, он рассматривал возможность использования капель жидкости в качестве битов информации. После долгих экспериментов Пракаш создал вращающееся магнитное поле, которое стало играть роль компьютерных часов, необходимых в любой вычислительной системе для синхронизации всех процессов.

Затем вместе с коллегами инженер построил на стеклянной основе лабиринт из небольших металлических элементов прямой и Т-образной формы, и поместил его между электромагнитных катушек. Катушки генерируют вращающееся магнитное поле и поставляют его в лабиринт. В нём поле влияет на перемещение капель жидкости размером с маковые зёрна (сама по себе вода на поле не реагирует, но высокое содержание металлических наночастиц заставляет капли откликаться).

Каждый оборот, при котором происходит смена поля, сопровождается продвижением всех капель, запущенных в систему, на один шаг вперёд. В зависимости от строения металлических путей капли перемещаются по разным направлениям, как персонажи игры PacMan.

Процесс вычисления считывается при этом в реальном времени с помощью видеокамеры. Роль "нолей" и "единиц" бинарного кода играет наличие или отсутствие жидкости на каждом участке лабиринта. В представленном варианте по лабиринту одновременно путешествуют лишь несколько капель, но систему можно легко масштабировать, заставив перемещаться миллионы элементов.

По сути, водяная вычислительная машина может выполнить любую операцию доступную обычным компьютерам, правда, на это уйдёт гораздо больше времени, да и размеры такого процессора будут слишком большими.

В то же время Пракаш особо отмечает, что его изобретение не предназначено для замены существующих компьютерных технологий.

"У нас уже есть цифровые компьютеры для обработки информации, и мы не собираемся конкурировать с ними, — поясняет учёный в пресс-релизе университета. — Наша цель заключается в создании совершенно нового класса компьютеров, которые могут точно контролировать и манипулировать физической материей. Представьте себе, что можно запустить серию вычислений, в ходе которых не только обрабатывается информация, но и совершается перемещение физической материи согласно заданному алгоритму. Мы показали, что это возможно в мезомасштабе".

Так как в состав ферромагнитной жидкости можно добавить и другие компоненты, устройство может быть использовано в химических и биологических лабораториях для беспрецедентно точного контроля над переносом и соединением различных химических веществ. При этом каждая капля будет выполнять функцию миниатюрной пробирки.

Подробные результаты исследования опубликованы в издании Nature Physics.