Computador movido a ar monitora equipamento médico por uma fração do custo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/08/2024

Este processador pneumático foi especialmente projetado para monitorar os aparelhos que evitam trombose e derrame em pacientes acamados.
[Imagem: Covidien/MA/USA - Detalhe: William Grover/UCR]

Computadores pneumáticos

Entre as plataformas de computação alternativa, os microprocessadores a ar-comprimido, que funcionam com ar sob pressão em vez de eletricidade, estão entre os pioneiros em termos de uso e de praticidade, já existindo computadores pneumáticos para controle de biochips e diversas implementações de módulos lógicos pneumáticos para robótica.

É nessa linha que Shane Hoang e colegas da Universidade da Califórnia de Riverside apresentaram uma novidade: Um novo computador movido a ar comprimido que dispara alarmes quando há uma falha nos dispositivos que eles estão monitorando.

O computador não só funciona com ar, como também usa o mesmo ar para emitir seus alarmes, dispensando controles e atuadores eletroeletrônicos: Ele imediatamente apita quando detecta um problema com a máquina de compressão salva-vidas que ele foi projetado para monitorar.

O protótipo foi instalado junto a uma bomba de compressão pneumática - ou aparelho de compressão pneumática sequencial - que é rotineiramente usada em pacientes acamados para evitar coágulos sanguíneos, trombose e derrame.

Os testes mostraram que o computador pneumático é a maneira mais confiável e de menor custo de garantir que o dispositivo médico funcione sem falhas, avisando imediatamente se algo der errado - tudo sem sensores eletrônicos.

"Os dispositivos de compressão pneumática sequencial podem salvar vidas, mas todos os componentes eletrônicos neles os tornam caros. Então, queríamos desenvolver um dispositivo pneumático que eliminasse parte dos componentes eletrônicos, para tornar esses dispositivos mais baratos e seguros," disse o professor William Grover.

O processador usa a diferença de pressão do ar para computar um bit de paridade.
[Imagem: Covidien/MA/USA]

Processador pneumático

O processador pneumático funciona de forma semelhante aos processadores eletrônicos, apenas substituindo a eletricidade por ar-comprimido e transistores por válvulas pneumáticas - passando ar é "1" e sem passagem de ar é "0".

Mas o processamento é mais simples, usando uma técnica fundamental da computação eletrônica, conhecida como bit de paridade. "Digamos que eu queira enviar uma mensagem em uns e zeros, como 1-0-1, três bits," explicou Grover. "Décadas atrás, as pessoas perceberam que podiam enviar esses três bits com uma informação adicional para garantir que o destinatário recebesse a mensagem correta."

Essa informação extra é o chamado bit de paridade: O bit será setado em 1 se a mensagem contiver um número ímpar de 1s, e em 0 se a mensagem contiver um número par de 1s. Se o número 1 aparecer no final de uma mensagem com um número par de bits, então fica claro que a mensagem contém um erro.

O computador movido a ar comprimido usa diferenças na pressão do ar fluindo por 21 pequenas válvulas para contar o número de uns e zeros. Se algum erro for detectado na contagem dos bits, o apito soa, caso contrário não.

"Este dispositivo tem aproximadamente o tamanho de uma caixa de fósforos. Ele substitui um punhado de sensores, bem como um computador," comparou Grover. "Então podemos reduzir custos enquanto ainda detectamos problemas no dispositivo. E ele também pode ser usado em ambientes de alta umidade ou alta temperatura, que não são ideais para eletrônicos."

A computação a ar comprimido tem múltiplas aplicações.
[Imagem: Shane Hoang et al. - 10.1016/j.device.2024.100507]

Computação a ar

O monitoramento do aparelho de compressão pneumática sequencial é apenas uma aplicação possível para a computação a ar. Como próximo projeto, a equipe planeja construir um dispositivo que possa eliminar a necessidade de movimentar grãos no topo de silos altos, um trabalho que mata pessoas todos os anos.

Prédios altos cheios de milho ou trigo, os silos de grãos estão por toda parte, mas não é só despejar os grãos e deixar guardado; muitas vezes, um trabalhador tem que entrar com uma pá para quebrar os aglomerados de grãos e nivelar as pilhas, abrindo espaço para que o silo possa atingir toda a sua capacidade.

"Um número notável de mortes ocorre porque o grão se desloca e a pessoa fica presa. Um robô poderia fazer esse trabalho ,em vez de uma pessoa. No entanto, esses silos são explosivos, e uma única faísca elétrica poderia explodir um silo, então um robô eletrônico pode não ser a melhor escolha," detalhou Grover. "Quero fazer um robô movido a ar que possa trabalhar nesse ambiente explosivo, não gerar nenhuma faísca e tirar os humanos do perigo."

Na verdade, a computação a ar existe há mais de um século: Pianos automáticos, que tocavam música usando rolos de papel perfurado eram máquinas desse tipo.

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