Мокрый бит, водяной байт
Ученые из Aalto University (Хельсинки, Финляндия) создали концептуальное вычислительное устройство, использующее в качестве базовой единицы количества информации каплю воды.
Базовой единицей в ИТ традиционно считается количество информации, которое необходимо, чтобы неопределенность уменьшилась в два раза. Бит, как известно, может принимать значение «1» или «0».
В настоящее время проект финских ученых находится в зачаточном состоянии, несмотря на то что многие мировые и российские СМИ поспешили написать о создании компьютера, работающего на воде. Пока же до «компьютера» проект не дорос. В настоящее время «это» больше похоже на «счеты» (свою статью об этом они опубликовали в журнале Advanced Materials).
Водолей-кузнец
Настоящий бум в YouTube вызвало видео «водяной триггерной памяти» – на нем видно, как капля воды (назовем ее «капля-молот»), проходящая по желобку, ударяет в спокойно лежающую на развилке вторую каплю («каплю-наковальню») и останавливается. После развилки желоб разделается на два рукава, идущих вправо и влево: капля-наковальня продолжает движение по левому, а капля-молот остается лежать, занимая место «вытесненной» капли. Чудо наступает позже. После удара следующей капли, похожего на предыдущий как две капли воды (простите за каламбур), капля-наковальня идет по развилке вправо. Третий удар – она снова идет влево. И снова вправо. И так 100 раз подряд. Вправо – влево, вправо – влево. Видео, как я уже сказал, вызвало на Youtube бурю в стакане – с первого взгляда поведение капель выглядит необъяснимо «интеллектуальным». Но дело в том, что капля-наковальня находится в «бистабильном понижении». В данном случае это означает, что ямка, в которой она стоит, имеет вид лежащей восьмерки. Представим, что капля-молот ударила по капле-наковальне и остановилась, а капля-наковальня продолжила движение вправо. В результате соударения капля-молот останавилась в левой части ямки. Теперь, когда в нее ударится следующая капля-молот, капля-наковальня полетит налево. А капля-молот, превратившаяся в каплю-наковальню, займет правое положение.
В ходе этого опыта ученые создали водяную триггерную память. Напомню, что проще всего можно представить триггер в виде схемы, собранной на двух электронных лампах – триодах, которые электрически соединены так, что если одна из них открыта и через нее протекает ток, то вторая обязательно заперта. После прекращения действия переключающего сигнала триггер остается в одном из двух состояний: 0 или 1. Именно так действуют капли в предложенной учеными схеме. Такой триггер легко дает ответ на вопрос о четном или нечетном числе поступившем в него капель. Кроме создания подобия триггерной памяти, финские исследователи научились выполнять с помощью капель воды операции булевой алгебры.
Абсолютная непромокаемость
Капли воды в экспериментах финских ученых заключены в так называемый «сверхгидрофобный корпус». В роли этого корпуса выступают желобки, по которым катятся капли воды. С такими явлениями, как гидрофильность и гидрофобность, в быту сталкивается любой человек. Гидрофильные вещества стремятся поглощать, впитывать воду. Гидрофобные же, наоборот, не стремятся к контакту. Среди гидрофобных веществ условно выделяется подкласс сверхгидрофобных, то есть веществ, чрезвычайно не склонных к смачиванию.
Исследователям из Университета Аалто удалось синтезировать покрытие, гидрофобность которого практически бесконечна. С математической точки зрения это означает, что капля, падая на покрытие под углом, даже бесконечно близким к 180°, все равно с бесконечно большой силой отразится вовне и не коснется такой поверхности. Даже при бесконечно малом наклоне капля стечет. Таким покрытием служит медная поверхность с нанесенными на нее серебром и фтористыми соединениями. Капли воды, зажатые со всех сторон такой поверхностью, разлетаются почти как идеальные бильярдные шары, причем не как попало, а строго в заданных исследователями направлениях. При желании можно произвести и слияние капель, используя соответствующие параметры их скорости.
Капля - источник энергии
При изменении состава химических добавок в каплях, регулировании углов столкновения и их скорости, а также объема можно инициировать протекание химических реакций и усложнять логические схемы.
Так как вода является хорошим растворителем, ученым удалось добиться, чтобы при взаимодействии между каплями, состоящими из воды с химическими добавками, выделялась энергия. И даже очень малых количеств этой энергии может хватить для движения капель. Поэтому в «водном» устройстве памяти капли воды могут быть не только носителями информации, но и источником энергии для работы такого носителя. Особенно перспективно, на мой взгляд, использование в таком качестве радиоактивных материалов. В этом случае водяные компьютеры смогут работать автономно сотни лет.
Понятно, что до промышленного внедрения этих разработок еще очень далеко, и все же интересен сам факт, что носителем памяти выступает обычная вода, пусть и в виде капли. Таким образом, длительная эволюция вычислительных устройств и носителей информации вряд ли подойдет в ближайшее время к завершению.
Опубликовано 20.11.2012