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.
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.
Processador a ar
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.
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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