Není žádným tajemstvím, že elektronické obvody jsou poměrně choulostivým vynálezem. Stačí špetka ionizujícího záření a hned se usmaží. Běžný uživatel kolem nich nemusí chodit po špičkách, ale když má elektronika fungovat v extrémnějším prostředí, jako je syrový kosmický prostor anebo dvorek elektrárny ve Fukušimě, tak jde rychle do tuhého. Roboti nasazovaní do takových situací jsou bývají chránění masivními štíty, ale i tak obvykle nevydrží ve službě dlouho. Je vůbec možné, aby složité přístroje v takových podmínkách neselhávaly?
Zajímavé řešení teď nabídl Massood Tabib-Azar z University of Utah a Utah Science Technology & Research Initiative. Jak už to tak bývá, hlavní motivaci obstarali vojáci a tudíž lze i jedním dechem dodat, že výzkum financovala legendární DARPA, americká vojenská Agentura pro výzkum pokročilých obranných projektů. Tabib-Azar a jeho lidé vyvinuli technologii, která odolává ionizujícímu záření a byla by tak schopná udržet v chodu přístroje životně důležité pro obranu země. Když už ale mají takovou věc k dispozici, tak ji nepochybně bude možné použít i v nehostinné kosmickém prostoru, za velkého horka nebo třeba ve splašených atomových reaktorech. Tabib-Azar a spol. vymysleli MEMS, čili mikro-elektro-mechanické systémy, které pracují jako hradla (logic gate), schopné provést logickou operaci. Z těchto mikromechanických hradel už také dokázali sestavit jednoduché výpočetní obvody. Určitě to ale nebude všechno.
Tabib-Azar rozhodně nehodlá zůstat u prostinkých obvodů a pokud dostane další peníze, tak dalším krokem bude vývoj jednoduchého mikromechanického počítače, čímž věda pronikne do doposud nedosažitelného hájemství steampunku. Stěžejním cílem celého výzkumu je podle něj být připravený. Pokud dojde k nějaké význačné nukleární události na území USA, budou Američané potřebovat provozuschopné kontrolní systémy, jako třeba radary a mnoho jiných. Potenciálních aplikací je samozřejmě spousta. Letos v dubnu DARPA oznámila, že usiluje o vývoj robotů pro práci v poškozených atomových reaktorech a v květnu si zase přisadila NASA, která hledá nové technologie schopné odolávat kosmickému záření.
Elektronika je založená na polovodičích, jimž protéká elektrický proud. Sprška tvrdého záření vyvolá v polovodičích chaos a tím je vyřadí z provozu. Hradla MEMS mají z ionizujícího záření legraci, protože nevyužívají polovodiče. Mají samozřejmě svoje mouchy, jinak by už byly všude kolem nás. Křemíková elektronika je mnohem menší, asi tisíckrát rychlejší a také spolehlivější, protože neobsahuje žádné pohyblivé součástky. Tabib-Azar na tom ale s kolegy pracuje. Mechanické obvody obvykle potřebují více elektrického napětí, Tabib-Azarovi se ale potřebné napětí pro MEMS hradla povedlo snížit zhruba desetinásobně. Výhodu mají naopak v tom, že při práci méně plýtvají teplem, jsou chladnější a jejich baterky vydrží déle.
Vědci pro účely studie sestavili dva obvody – hradlo AND a hradlo XOR, čili provádějící exkluzivní logický součet. Dotyčná MEMS hradla měří zhruba 4 krát 4 mikrony a jsou vyrobené z nitridu křemičitého a wolframových elektrod. Badatelé je záhy po úspěšném vývoji konfrontovali v experimentu s klasickou křemíkovou elektronikou. Oba typy obvodů nejprve žhavili ve vakuu, v teplotě kolem 136 stupňů Celsia a pak je celkem třikrát na dvě hodiny spustili do jádra výzkumného reaktoru TRIGA, náležejícího pod University of Utah. Mikromechanické obvody to všechno vydržely. Pokud se osvědčí, snad se stanou základem nové třídy elektroniky.
Prameny:
University of Utah News Center 12.6. 2012, Wikipedia (Logic gate).
Diskuze:
Je to trochu jinak
Jindřich Rácek,2014-12-14 15:31:53
Vážení!
O pneumatických obvodech sice psalo VTM již v 60 letech jako o variantě vůči tehdejším samočinným počítačům, problémem je však kapacita. Jestli u dnešních běžně dostupných procesorů žádný člověk, jak se alespoň tvrdí v informovaném tisku, neví, co se v nich vlastně děje, protože jsou vytvářeny nejméně trojstupňovou počítačovou tvorbou, a provádějí nepředstavitelný objem binárních operací za vteřinu, klasické kovové, po zdokonalení keramiky i keramické pneumatické obvody by byly na obdobně operace neskutečně velké a zároveń náročné na zdroj energie (vzduchu či jiné tekutiny -mohly by být i hydraulické!). Na druhou stranu miniaturizace do poloha molekulárních či atomárních přináší sebou jistou nejistotu, zda se opravdu budou chovat podle předběžných propočtů. Z toho pohledu se opravdu jedná o revoluční posun v tvorbě alternativy k elektronickým procesorům, který asi hned tak nebude konkurovat procesorům superčítačů, ne-li kvantovým procesorům, ale umožní vytvářet dosti "inteligentní" počítače, schopné zajistit alespoň základní chod v případě katastrofy (black-outu), stejně jako činnost aparatur v prostředí, elelktronice silně nehostinné.
Bezne se konstruovaly
Jiri Hasek,2012-07-21 06:57:16
pneumaticke logicke obvody, vychazely specializovane odborne casopisy. Dokonce se nam o nich zminovali ve skole. Staci sestavit NAND, NOR, ci napriklad AND a NON. Ostatni uz je pouze bezna logicka obvodarina a optimalizace. Pneumaticky je velmi snadne realizovat napriklad NOR ci nektere z vyse uvedenych, ale chtelo by to spis jednoduchy obrazek. Napriklad NON. Z jedne souose trubicky se fouka do druhe. Na vystupu je jednicka. Pokud se do proudu vzduchu foukne z kolme vstupni trubicky je na vystupu nula. Obvody vypalene v keramice fungovaly do tisice stupnu celsia.
Chyba v článku
Vojtěch Kocián,2012-07-02 22:15:54
Pokoušel jsem se neúspěšně vydedukovat, jakým způsobem ta hradla fungují a pak mi došlo, že je obrázek špatně. Při otočení obrázku z (pravděpodobně) http://unews.utah.edu/news_releases/radiation-resistant-circuits-from-mechanical-parts/ došlo k prohození směrů a hradla jsou obráceně. Se správnými obrázky je to snadné rozluštit. Až se člověk diví, že se o to zajímají až teď, když princip je známý z relátek (jen se tu vymění elektromagnetismus za elektrostatiku) a MEMS jsou také běžně používané už hodně dlouho. Asi to nebylo potřeba a klasická elektronika je v naprosté většině případů výhodnější.
Také trochu nechápu
Tomáš Bartoň,2012-07-02 17:35:26
kam se poděly ty promakané mechanické systémy, schopné matematických operací bez jediného elektronického prvku? Ať mi nikdo neříká že by to nezvládlo řídit nějaký nepříliš složitý samohybný manipulační mechanismus. Ale nějak jsme asi zlenivěli díky polovodičům, řekl bych...
Mechanická logika
Mamlasos Mamlasovič,2012-07-01 16:45:59
Kdyby jim to nefungovalo tak ještě můžou vyzkoušet dřevo:
http://www.youtube.com/watch?v=GcDshWmhF4A&feature=player_embedded
;-)
Mikromechanika mě právě na základě výše uvedeného videa též napadla (MEMS), je super že na tom už dávno pracuje.
Ve Fukušimě by se určitě hodil odolný robot s MEMS čipy ovládaný dálkově např. exoskeletonem od stejné firmy...
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
