Nová forma počítače nepracuje s elektrony, ale s celými kapkami kapaliny. Je to jen hračka pro vědce, nebo nový směr výpočetní techniky?
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
