用空气进行运算的微处理器

<br /><br />用空气进行运算的微处理器
  2009-09-08





目前除了标准电子计算机，人类还没有其他更快捷的方法进行运算（除了一种用大肠杆菌进行运行的概念计算机之外）。不过美国科学家发明了一种新型的微处理器，该处理器仅通过空气的进出就可以实现数据的运算。
这种运算方法是由美国密歇根大学安娜堡分校的李明松（Minsoung Rhee，音译）和马克·伯恩斯（Mark Burns）发明的。整个微型处理器由很多复杂的路线和阀门组成（见图片说明）。其工作原理是通过空气流进或流出阀门来对二进制信号处理，吸入空气表示0，释放空气表示1。
在微型处理器气室的下方有一个空气管道，管道采用具有弹性的不渗透膜与线进行路隔离。科学家们通过改变流经空气管道的空气流量来带动气室气压的变化，从而最终达到控制阀门的目的。当气室气压较低时，就会有空气从管道进入，从而带动不渗透膜向上前推，关闭阀门，这样就能阻止二进制信号流过处理器的接点。相反，当空气从气室排除时，不渗透膜向下运动，阀门重新打开。这样，二进制信号就会流向处理器接点。
两位研究人员运用这种方式得到了多种的逻辑门、触发器和移位寄存器。他们将这些关联在一起，最终发明了这种由空气控制的8位微处理器。这种微机能处理的最长离散数据为8位二进制数，和上个世纪80年代使用的处理器很类似（如Nintendo娱乐系统）。
马克·伯恩斯表示，“这种空气处理器的功能远不止运算数据这么简单。它对一些尖端实验室芯片的改进也很有帮助。改进后的芯片将能够自动完成一系列复杂的化学任务，或者对疾病和DNA进行测试，以及一些其他的实验室工作”。
不过，马克·伯恩斯也指出，这种新型的微流体装置还没有应用到实际生活中，因为整个项目需要大量的资金，而且一些芯片和元件非常昂贵。虽然采用逻辑电路可以降低运行成本，但是目前大多数微流体装置时不带电子元件的，而在设备上安装标准的电子阀又需要使用全新的制造工艺。
目前已经许多微流控系统采用了气动阀来控制液流，因为使用气动控制电路要相对简单省钱。虽然该设备要求芯片外的环境必须是真空的，但该微处理器的体积非常小，所需真空环境是可通过手泵来获得。
英国伦敦帝国学院微流体专家安德鲁·德梅洛（Andrew de Mello）认为，对于发展中国家而言，简易操作法可让微流控设备更加实用。他表示：“真空可通过手泵产生，表明这些设备的功率很低，适宜偏远地区使用。”
本文译自：《新科学家》 译：金明
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  2009-09-08



图：空气的流通可以执行数据运算
图：8位空气微处理器结构图
目前除了标准电子计算机，人类还没有其他更快捷的方法进行运算（除了一种用大肠杆菌进行运行的概念计算机之外）。不过美国科学家发明了一种新型的微处理器，该处理器仅通过空气的进出就可以实现数据的运算。
这种运算方法是由美国密歇根大学安娜堡分校的李明松（Minsoung Rhee，音译）和马克·伯恩斯（Mark Burns）发明的。整个微型处理器由很多复杂的路线和阀门组成（见图片说明）。其工作原理是通过空气流进或流出阀门来对二进制信号处理，吸入空气表示0，释放空气表示1。
在微型处理器气室的下方有一个空气管道，管道采用具有弹性的不渗透膜与线进行路隔离。科学家们通过改变流经空气管道的空气流量来带动气室气压的变化，从而最终达到控制阀门的目的。当气室气压较低时，就会有空气从管道进入，从而带动不渗透膜向上前推，关闭阀门，这样就能阻止二进制信号流过处理器的接点。相反，当空气从气室排除时，不渗透膜向下运动，阀门重新打开。这样，二进制信号就会流向处理器接点。
两位研究人员运用这种方式得到了多种的逻辑门、触发器和移位寄存器。他们将这些关联在一起，最终发明了这种由空气控制的8位微处理器。这种微机能处理的最长离散数据为8位二进制数，和上个世纪80年代使用的处理器很类似（如Nintendo娱乐系统）。
马克·伯恩斯表示，“这种空气处理器的功能远不止运算数据这么简单。它对一些尖端实验室芯片的改进也很有帮助。改进后的芯片将能够自动完成一系列复杂的化学任务，或者对疾病和DNA进行测试，以及一些其他的实验室工作”。
不过，马克·伯恩斯也指出，这种新型的微流体装置还没有应用到实际生活中，因为整个项目需要大量的资金，而且一些芯片和元件非常昂贵。虽然采用逻辑电路可以降低运行成本，但是目前大多数微流体装置时不带电子元件的，而在设备上安装标准的电子阀又需要使用全新的制造工艺。
目前已经许多微流控系统采用了气动阀来控制液流，因为使用气动控制电路要相对简单省钱。虽然该设备要求芯片外的环境必须是真空的，但该微处理器的体积非常小，所需真空环境是可通过手泵来获得。
英国伦敦帝国学院微流体专家安德鲁·德梅洛（Andrew de Mello）认为，对于发展中国家而言，简易操作法可让微流控设备更加实用。他表示：“真空可通过手泵产生，表明这些设备的功率很低，适宜偏远地区使用。”
本文译自：《新科学家》 译：金明
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