空気圧コンピューターは電気の代わりに圧力を使用します

ガラスとシリコンで作られた空気圧コンピューターは、電気の代わりに圧力を使用してデータをエンコードします。 これにより、通常は研究室の技術者が行う手順をチップサイズのデバイスで実行できるようになります。

ラボオンチップデバイスは、不格好なガラス器具を使用して手動で日常的な生化学を行うための、より小型で安価で持ち運び可能な代替手段として、数十年にわたって追求されてきました。 一部の生化学実験は小型化されていますが、これには細胞培養の増殖や実験も含まれます。 小さな臓器 – これらのデバイスのほとんどは、単なるチップよりもはるかに多くの機器を必要とします。

「チップを手に持つと、すべてがそのチップ上で行われますが、ズームアウトすると、それを制御している冷蔵庫ほどの大きさの箱が見えるでしょう。 それは実際にはラボオンチップではありません」と言う エリオット・ホイ カリフォルニア大学アーバイン校にて。 彼と彼の同僚は、その巨大な箱を、電気を必要とせず、各ラボオンチップ内に収まる小さなコンピューターに置き換えることに着手しました。

彼らは、2枚の薄いガラス板の間に厚さ0.25ミリメートルのシリコンシートを挟みました。 彼らは、化学反応に必要な液体がそこを通って流れることができるようにガラスに小さな溝をエッチングし、シリコン層に小さな穴を開けて 2 枚のガラス間の溝を接続しました。

圧力の違いにより液体がチャネルを通過し、電圧の変化によって電気が流れる仕組みを模倣します。 電子コンピューターチップ内のワイヤーを介して。 彼らは、低真空圧を「1」、大気圧を「0」と指定し、2 つの値を交換できる小さなバルブを追加しました。 これにより、チップが空気圧コンピューターに変わりました。

プログラムをコーディングするために、彼らはさまざまなシリコン シートを「パンチ カード」として使用し、データを入力するために、圧力を変更する簡単な方法を見つけました。指定された点に指を置きました。

チームが作成した最も複雑なチップは 4 ビットの情報を保持し、液体に溶解した化学物質の濃度を決定する段階希釈と呼ばれる手順を実行しました。 通常、研究者は液体をあるガラスシリンダーから別のガラスシリンダーにピペットで移すことを繰り返しますが、このチップは事前にプログラムされた手順に従い、これを自律的かつ小型で行いました。 ホイ氏は、いわゆる空気圧コンピューターチップを追加したと述べています。 マイクロ流体デバイス 家庭での新型コロナウイルス感染症検査など、私たちがすでに使用している検査では、ウイルスが存在するかどうかだけでなく、その濃度も判定できる可能性がある。

ウィリアム・グローバー カリフォルニア大学リバーサイド校の教授は、オフチップ電子機器を使用せずにチップを自動化することは非常に有用であると述べています。 「このアプローチにより、一部のマイクロ流体機器のコストを 99 パーセント削減でき、機器を小型化して構築が容易になります」と彼は言います。

計算が十分に進歩すれば、この技術は生物医学の既製製品として、次のような多くの入力を伴う実験に役立つ可能性があります。 チップ上で組織を成長させる、と言う アルバート・フォルチ シアトルのワシントン大学で。 同氏は、空気圧コンピューターのバルブはまだ、電子チップのトランジスターが行うすべてのことを行うことはできないが、空気圧コンピューターの計算能力は将来的には向上する可能性があると述べています。

空気圧コンピューターは、小型の生化学研究室を制御できる可能性があるだけでなく、研究者の「頭脳」にもなる可能性があります。 ソフトロボット、と言う シアヴァシュ・アラル カリフォルニア州立大学ロングビーチ校でこのプロジェクトに取り組みました。 空気と圧力はすでに慣れています いくつかのロボットを動かしてみるそして今では、ロボットが簡単な計算を通じて意思決定を行うのを助けるためにも使用できるだろう、と彼は言う。