Esse computador é feito de gotículas de água

Por , em 10.06.2015

Geralmente, misturar computador com água é uma má ideia. Mas bioengenheiros da Universidade de Stanford (EUA) criaram um computador síncrono que opera justamente usando a física do movimento de gotas de água.

Devido à sua natureza universal, o “computador de água” pode executar qualquer operação que um computador convencional executa, embora seja mais lento, pelo menos neste estágio inicial de desenvolvimento.

A máquina surgiu de uma ideia do professor Manu Prakash quando ele era estudante de pós-graduação. O trabalho combina sua experiência em manipulação de dinâmica de fluidos com um elemento fundamental da ciência da computação: o relógio.

Sincronia, ciclos e campo magnético

Prakash queria usar pequenas gotas como bits de informação e utilizar o movimento exato dessas gotas para processar tanto a informação quanto materiais físicos simultaneamente. Eventualmente, ele decidiu construir um campo magnético rotativo que poderia atuar como relógio para sincronizar todas as gotículas. O estudante de graduação Georgios Katsikis foi recrutado para ajudá-lo nessa tarefa.

Os relógios dos computadores são responsáveis por quase todas as conveniências modernas. Smarphones, aviões, internet – quase todos os programas de computador requerem várias operações simultâneas, conduzidas de uma maneira perfeita. O relógio assegura que estas operações iniciem e parem no mesmo horário, garantindo que a informação sincronize.

A dupla construiu um “labirinto” usando barras de ferro minúsculas colocadas em lâminas de vidro. O labirinto foi “fechado” com outra lâmina de vidro, e uma camada de óleo ficou no meio. Em seguida, os cientistas cuidadosamente injetaram na mistura gotículas de água que tinham sido infundidas com minúsculas nanopartículas magnéticas.

Pronto. Agora, é só manipular o campo magnético. Toda vez que o campo vira, a polaridade das barras inverte, puxando as gotículas magnetizadas em uma nova direção pré-determinada. Cada rotação do campo conta como um ciclo de relógio, e cada gota dá exatamente um passo à frente a cada ciclo. A presença ou ausência de uma gota representa os 1s e 0s do código binário, e o relógio assegura que todas as gotículas se movam em sincronia perfeita, de forma que o sistema pode funcionar praticamente para sempre sem quaisquer erros.

Escalável e útil

“Seguindo essas regras, nós demonstramos que podemos fazer todas as portas lógicas universais usadas em equipamentos eletrônicos simplesmente mudando o layout das barras no chip”, disse Georgios Katsikis, principal autor da pesquisa.

Os chips atuais têm cerca de metade do tamanho de um selo, e as gotículas são menores do que sementes de papoila, mas Katsikis disse que a física do sistema sugere que ele pode ficar ainda menor. Combinado com o fato de que o campo magnético pode controlar milhões de gotas ao mesmo tempo, o sistema se mostra extremamente escalável.

A ideia dos pesquisadores não é que esse computador substitua os tradicionais. “Nós já temos computadores digitais para processar informações. Nosso objetivo não é competir com computadores eletrônicos”, explica Prakash. “Nosso objetivo é construir uma classe completamente nova de computadores que podem precisamente controlar e manipular a matéria física. Imagine se, quando você executa um conjunto de cálculos, não só as informações são processadas, mas a matéria física é algoritmicamente manipulada também”.

A capacidade de controlar com precisão a computação usando gotículas pode ter inúmeras aplicações de alto rendimento em biologia e química e, possivelmente, novas aplicações em fabricações digitais escaláveis.

Uma nova forma de manipular a matéria

Do ponto de vista da ciência básica, parte da razão pela qual o trabalho é tão emocionante, segundo Prakash, é que ele apresenta uma nova forma de pensar a computação no mundo físico. Os aspectos físicos de bits de informação nunca foram explorados como uma nova forma de manipular a matéria na mesoescala (10 microns a 1 milímetro).

Prakash planeja lançar uma ferramenta de projeto para que os circuitos desenhados por sua equipe fiquem disponíveis ao público. Assim, qualquer pessoa poderá usar os blocos lógicos básicos para criar um circuito complexo com gotículas de água. [Science20, Phys]

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