Computador pneumático usa pressão em vez de eletricidade

Com informações da New Scientist - 19/06/2023

Um dos protótipos de processador pneumático construído pela equipe.
[Imagem: Siavash Ahrar et al. - 10.1126/sciadv.adg0201]

Computação microfluídica

Existem inúmeras demonstrações de formas exóticas de fazer computação, usando as chamadas "arquiteturas alternativas", como a computação com ondas de água, um processador de DNA, um processador com células-tronco, chegando à computação iônica e a diversos tipos de computadores analógicos.

A novidade agora é um processador pneumático, feito de vidro e silicone, que usa a pressão - em vez de eletricidade - para codificar dados e fazer cálculos.

Trata-se da automação de um biochip - ou laboratório em um chip, microlaboratório, lab-on-a-chip etc. -, que incorpora uma técnica conhecida como microfluídica para fazer desde experimentos básicos de laboratório e a automação de reações químicas até a realização de exames de laboratório e a fabricação de radiofármacos.

Este novo processador microfluídico pode permitir que um dispositivo do tamanho de um chip realize procedimentos que hoje exigem laboratórios inteiros, operados por técnicos treinados.

Tecnicamente, o processador microfluídico é uma máquina de estado finito (FSM).
[Imagem: Siavash Ahrar et al. - 10.1126/sciadv.adg0201]

Processador pneumático

O processador consiste em uma folha de silicone de 0,25 milímetro de espessura posta entre duas lâminas de vidro, parecidas com as usadas em microscópios. Minúsculos canais escavados no vidro permitem que os líquidos necessários para as reações químicas fluam de modo controlado. Enquanto isso, pequenos orifícios na camada de silicone conectam os canais entre as duas lâminas de vidro.

Diferenças na pressão empurram os líquidos pelos canais, o que permite imitar o modo como as mudanças de voltagem fazem a eletricidade fluir pelos fios de um processador eletrônico. Neste caso, uma baixa pressão representa um "1", enquanto a pressão atmosférica representa o "0". Válvulas minúsculas funcionam como transistores permitindo alterar os dois valores, transformando o chip microfluídico em um processador pneumático.

Para codificar os programas, Siavash Ahrar e seus colegas da Universidade da Califórnia de Irvine usaram diferentes folhas de silicone como "cartões perfurados". Para inserir os dados, o protótipo ainda usa um método bem mais simples: Os pesquisadores colocam o dedo sobre os pontos onde querem interagir.

O protótipo mais avançado é um processador de 4 bits.
[Imagem: Siavash Ahrar et al. - 10.1126/sciadv.adg0201]

Química e robótica

O processador microfluídico mais complexo feito pela equipe tem quatro bits e realiza um procedimento chamado diluição serial, que determina a concentração de uma substância química dissolvida em um líquido. Normalmente, um pesquisador pipeta repetidamente o líquido de um cilindro de vidro para outro, mas o chip faz isso de forma autônoma, seguindo etapas pré-programadas.

Ainda parece pouco, mas automatizar os biochips, como os usados em exames clínicos, sem utilizar nenhum dispositivo eletrônico, tem potencial de reduzir o custo desses componentes a 1% do valor atual, dizem os pesquisadores, já que silicone e vidro são materiais muito baratos.

Computadores pneumáticos mais avançados poderão controlar laboratórios bioquímicos miniaturizados, mas também podem se tornar "cérebros" para robôs macios, disse Ahrar: "O ar e a pressão já são usados para fazer alguns robôs se moverem e agora também podem ser usados para ajudar os robôs a tomar decisões por meio de cálculos simples," disse ele.

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