Calcul fluide | Hackaday

Les ordinateurs se présentent sous de nombreuses formes, selon votre définition. Nous avons vu des ordinateurs et des portes informatiques construits à partir de choses aussi diverses que des billes, des relais et, bien sûr, des transistors. Cependant, il existe des systèmes de portes logiques qui utilisent une propriété de déplacement des fluides pour former des portes logiques et un élément bistable. C’est tout ce dont vous avez besoin pour construire un ordinateur fonctionnel.

Cela peut sembler exagéré, mais il y a eu des ordinateurs à usage général construits à l’aide de cette technologie. Il est également utilisé dans des applications spécialisées où les fluides coulent déjà, comme les pommes de douche, les transmissions automobiles et dans les endroits où l’électronique a tendance à mal se comporter. Beaucoup pensent que le domaine connaîtra une résurgence lorsque nous aurons également besoin de construire une logique au niveau moléculaire pour les applications nanotechnologiques.

Bases

Dans sa forme la plus élémentaire, une porte fluidique utilise le flux comme un 1 logique et moins de flux comme un 0 logique. La fusion de deux flux fournit une porte OU. L’utilisation d’un flux d’alimentation que vous pouvez détourner avec un flux de contrôle fournit une fonction NON. Avec suffisamment d’onduleurs et de portes OU, vous pouvez construire tout le reste.

Brevet de Charles Ahem de 1966

Cependant, la porte logique fluidique la plus efficace est un élément bistable parfois appelé amplificateur fluidique. Ceci est analogue à une bascule RS. Un flux d’alimentation alimente le dispositif et deux ports de pression fournissent des entrées. Si la pression apparaît sur un orifice, le débit se poursuivra à partir de l’un des deux orifices de sortie. Si la pression apparaît sur l’autre orifice à la place, le débit continuera hors de l’orifice opposé.

Ces bascules sont conçues en forme de Y avec les ports de contrôle juste avant la branche. Une plus petite quantité de pression des orifices de contrôle fait que le fluide « colle » à une paroi ou à l’autre et, par conséquent, préfère aller d’un côté du Y plutôt que de l’autre.

Histoire

Nikola Tesla a mis au point une diode fluidique en 1920. En 1949, un économiste néo-zélandais, Bill Phillips, a voulu modéliser les processus économiques du Royaume-Uni et avec des ordinateurs difficiles d’accès et peu puissants, il s’est tourné vers un ordinateur fluidique qu’il a construit appelé MONIAC.

L’ordinateur utilisait des réservoirs d’eau pour représenter différentes parties de l’économie. Le réservoir le plus haut était le trésor, et la modification de la position des vannes vous permettait de dépenser de l’argent à différents taux et d’observer l’effet. Le prototype a coûté environ 400 £ (environ 15 000 £ aujourd’hui) et a été construit à partir de ferraille. Au total, une douzaine de machines ont finalement été construites, principalement par des écoles qui appréciaient la façon dont le modèle était compréhensible visuellement. Il y a une réplique fonctionnelle à la New Zealand Reserve Bank en tant qu’exposition que vous pouvez voir dans la vidéo ci-dessous.

En réalité, cependant, utiliser l’eau pour représenter des quantités mathématiques n’était pas une idée nouvelle. En 1901, Arnold Emch a proposé d’utiliser des poids de forme particulière pour calculer les puissances en mesurant la quantité d’eau déplacée. L’utilisation de l’eau comme analogie pour l’intégration est également une idée ancienne et des «calculatrices hydrauliques» étaient disponibles dans les années 1930 pour effectuer l’intégration pour des tâches spécialisées et ont été assez largement adoptées en Russie jusqu’aux années 1980.

L’idée est revenue en 1957 lorsqu’un laboratoire de l’armée s’est rendu compte que les gaz de combustion pouvaient être dirigés vers l’une des deux voies. Et cela a conduit à la bascule « amplificateur fluidique » que nous avons mentionnée ci-dessus. Univac a construit un prototype d’ordinateur FLODAC en 1964 pour montrer comment cela pourrait fonctionner.

Ces amplificateurs permettent ce que nous considérons comme des portes logiques. Bien sûr, ils ne sont pas très rapides, mais ils sont très robustes par rapport, par exemple, aux relais ou aux appareils électroniques sensibles aux problèmes de bruit, de décharge statique et de vibration. Certains avions expérimentaux, comme le véhicule aérien sans pilote MAGMA de BAE, utilisent la vectorisation de poussée fluidique pour contrôler l’échappement des jets, ce qui pourrait être difficile à faire avec un 555. Ainsi, même si la consommation d’eau de votre ordinateur de bureau sera limitée au refroidissement, il existe des applications où il serait difficile de faire autrement.

Comme nous fabriquons de minuscules choses où les électrons ne se comportent pas, nous pouvons voir ces méthodes prendre un nouveau souffle. De plus, les universités Rice et Harvard ont utilisé la fluidique pour construire des robots, et vous pouvez voir ce qu’ils font dans la vidéo ci-dessous.

Nous avons déjà examiné les additionneurs d’eau. Il s’avère que vous pouvez créer des portes logiques à partir de presque n’importe quoi.