Criado microprocessador que funciona com ar

Agostinho Rosa - 07/09/2009

Este processador lógico que dispensa eletricidade, baterias e fios, e se dá muito bem com os materiais líquidos sempre presentes nos laboratórios, deverá dar um novo impulso ao campo dos biochips.
[Imagem: Rhee/Burns - 10.1039/b904354c]

Computadores são muito simples

Quando você pensa em computadores, pensa em microprocessadores feitos de silício e outros materiais semicondutores, produzidos em salas ultralimpas localizadas em fábricas que custam bilhões de dólares.

E certamente você pensará também nos transistores, os elementos fundamentais dos microprocessadores e de todos os demais chips. É comum uma analogia entre os processadores e a matéria, ressaltando que os transistores seriam os átomos com que todos os circuitos integrados seriam construídos.

Logo, como não se tem matéria sem átomos, seria impossível ter processadores - e, portanto, computadores - sem os transistores, certo?

Errado. Apesar de serem os equipamentos mais complexos, versáteis e poderosos que o homem já construiu, o princípio de funcionamento dos computadores - ou dos processadores, que são a alma dos computadores - é notavelmente simples. Salvo algumas poucas funções em que os transistores funcionam como amplificadores, no interior de um processador eles são unicamente chaves liga-desliga.

Essas chaves são dispostas em sequências bem definidas e repetitivas, umas agindo sobre as outras da maneira mais simples possível, ou seja, de forma unidirecional. Ligue a chave 1 e as chaves 2 e 3 que estão conectadas a ela receberão corrente elétrica e, conforme estiverem ligadas ou desligadas, deixarão a corrente elétrica passar para as chaves 4 e 5 ou 6 e 7. E assim por diante.

Esquema das portas lógicas pneumáticas e detalhe de sua implementação no chip a ar comprimido.
[Imagem: Rhee/Burns - 10.1039/b904354c]

Processador a ar comprimido

Ora, se você só precisa de chaves liga-desliga para fazer um processador, então você pode construir um computador com qualquer dispositivo que funcione como uma chave. Por exemplo, você pode construir um computador com canos e torneiras - a água fará o papel da eletricidade e as torneiras farão o papel dos transistores. Ou você pode substituir a água por ar, o que dará no mesmo.

Não apenas para demonstrar que essa possibilidade é real, mas também para construir um computador não-eletrônico que possa ser usado em biochips, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, fizeram exatamente isso: eles construíram um processador que funciona usando o ar que flui por microcanais. Unindo os microcanais, foram postas pequenas chaves que liberam ou interrompem o fluxo de ar, exatamente como os transistores fazem em um processador eletrônico.

Enquanto no processador eletrônico a presença de eletricidade (chave ligada) é interpretado como 1 e a ausência de eletricidade (chave desligada) é interpretada como 0, os bits no processador a ar são criados pela presença ou ausência de ar nos microcanais.

Portas lógicas a ar

Uma corrente de 0s e 1s flui através dos microcanais do processador a ar, com válvulas pneumáticas controlando o fluxo do ar entre os diversos canais. Para simplificar as válvulas, os pesquisadores Minsoung Rhee e Mark Burns construíram os canais na forma de duas câmaras, separadas por uma membrana flexível. Quando a câmara inferior recebe ar, ele força a membrana para cima, fechando a válvula, evitando que o sinal binário flua pelas junções seguintes de forma desordenada. Para desligar a válvula, basta retirar o ar da câmara inferior.

A seguir, os dois pesquisadores usaram esse sistema de válvulas pneumáticas - que poderiam ser válvulas hidráulicas em um encanamento de água, varetas amarradas por cordões ou até mesmo, pasmem, transistores interligados por fios - para construir blocos básicos de cálculos, chamados portas lógicas, flip-flops, registradores e assim por diante - exatamente os mesmo blocos básicos existentes em um processador eletrônico.

Implementação do processador pneumático para controlar do chip microfluídico.
[Imagem: Rhee/Burns - 10.1039/b904354c]

Processador para biochips

Usando a facilidade das tecnologias de microfabricação - que são mais fáceis de mexer do que canos de PVC cheios de água - eles construíram um conjunto de microcanais capaz de funcionar como um processador de 8 bits, exatamente como o processador dos primeiros computadores do início da década de 80.

Esse processador lógico que dispensa eletricidade, baterias e fios, e se dá muito bem com os materiais líquidos sempre presentes nos laboratórios, deverá dar um novo impulso ao campo dos biochips, verdadeiros microlaboratórios utilizados na análise de amostras biológicas e com potencial para se transformar em microfábricas capazes de gerar compostos químicos superpuros, de forma contínua e com altíssima produtividade.

Processador sem fios

O processador a ar precisa de uma bomba externa para funcionar, mas a pressão e o volume de ar fornecidos por essa bomba são tão pequenos que o aparato é minúsculo e muito mais simples do que os controles eletrônicos que devem ser conectados aos biochips atuais. Veja, por exemplo, um biochip de última geração, apresentado há poucas semanas, que é capaz de fazer mais de mil reações químicas simultâneas - apesar do avanço que ele representa, chama a atenção a enormidade de fios que derivam dele. E a foto naquela reportagem não mostra o aparato aonde chegam esses fios. No caso do novo processador a ar, o seu controle externo se resumirá a um cano flexível para a passagem de ar.

A ideia de processadores não-eletrônicos tem várias outras possibilidades de uso, incluindo a automação industrial, onde grande número de equipamentos já funciona por meio de sistemas a ar comprimido. A maioria desses equipamentos opera baseado em cálculos muito simples, como aceitar ou rejeitar um produto baseado na leitura de um sensor. Processadores a ar comprimido poderiam simplificar as linhas de montagem, além de diminuir o consumo de energia e dispensar a presença de sistemas eletrônicos que operam muito aquém de suas capacidades.

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