Processorn som går på luft

Om vakuum är en etta och lufttryck är en nolla så kan man tänka sig pneumatisk logik. Forskare vid University of Michigan har tagit fram en hel programmerbar styrenhet med den tekniken, och menar att den fyller ett behov inom medicinsk analys.

Vid analys av prover i vätskeform används ofta luft för att flytta runt provrören. Om man har många provrör så blir det också väldigt många tryckluftspumpar. Forskaren Minsoung Rhee vid University of Michigan kom fram till att man kan minska antalet luftpumpar genom att koppla ihop slangarna på ett smart sätt, och på så vis i praktiken skapa ett system av vakuumdriven Boolesk logik. Ett system med 50 rör, var och en med tillhörande solenoid och luftpump, reducerades till tre luftpumpar.

Tillsammans med professor Mark Burns byggdes tekniken även ut till kompletta serialiserare, deserialiserare och såväl NOR- som NAND-grindar, som sedan integrerades till något som motsvarar en styrkrets.

– Andra har gjort NOR- och NAND-grindar med luft före oss. Vad vi gjort är att sätta ihop delar nog för processbehandling, säger Mark Burns till tidningen Electronics Weekly.

Logiken är uppbyggd av ett antal lager polymetysiloxan (PDMS) på ett kiselsubstrat, och använder lufftryck och vakuum för noll respektive ett. Motsvarigheten till en transistor har två kanaler med ett blockerande membran. Membranet sitter på en flexibel tunga med ett hålrum inunder, en konstruktion som motsvarar transistorns grind. När hålrummet töms på luft dras tungan ned och membranet dras bort, varvid det är fritt fram mellan transistorns "källa" och "sänka".

Till systemet hör också en "resistor" i form av ett trängre rör. Alltihop "matas" med hjälp av tryckluft som också fördelas genom PDMS-lagren. Systemet är dimensionerat för styrning snarare än förstärkning, och designat så att varje grind alltid kan switcha oavsett hur många steg signalen passerat.

Jämfört med CMOS-logik är dock varken klockfrekvensen eller yteffektiviteten något att skryta med - forskarna har fått upp datatakten till mellan 0,5 och 2 Hertz. Vid 0,5 Hz tar det 30 sekunder att avkoda ett 16-bitarskommando, och en D-vippa upptar hela 35 mm2. På en 100 mm-skiva får det rum 50 sådana vippor. Men det är inget som bekymrar forskarna.

– Det räcker bra för de system vi arbetar med. Vi har avsiktligt gjort systemet med stora dimensioner. Det kan förminskas och då blir det snabbare, men beräkningarna kring hur flödet och motståndet i rören påverkas av dimensionsändringarna är ganska komplicerade, säger han till Electronics Weekly.

Forskarnas rapport kan laddas ner här (pdf-länk).