La computadora neumática usa presión en lugar de electricidad

Una computadora neumática hecha de vidrio y silicona usa presión en lugar de electricidad para codificar datos. Puede permitir que un dispositivo del tamaño de un microchip realice procedimientos que normalmente realizan los técnicos de laboratorio.

Los dispositivos de laboratorio en un chip se han buscado durante décadas como alternativas más pequeñas, más baratas y portátiles para realizar manualmente la bioquímica de rutina con material de vidrio torpe. Si bien algunos experimentos bioquímicos se han miniaturizado, incluido el cultivo de células y órganos pequeños, la mayoría de estos dispositivos requieren mucho más equipo que un simple chip.

«Podrías sostener el chip en tu mano y todo estaría en ese chip, pero si te alejaras, verías una caja del tamaño de un refrigerador controlándolo. No es realmente un laboratorio en un chip», dice Elliot. Hui de la Universidad de California en Irvine He y sus colegas decidieron reemplazar esa enorme caja con una pequeña computadora que no necesita electricidad y cabe en cualquier laboratorio en un chip.

Intercalaron una lámina de silicona de 0,25 milímetros de espesor entre dos paneles delgados. Grabaron pequeños canales en el vidrio para que los líquidos necesarios para las reacciones químicas pudieran pasar a través de ellos, luego perforaron pequeños agujeros en la capa de silicona para conectar los canales entre los dos paneles.

Las diferencias de presión empujaron los líquidos a través de los canales, imitando cómo los cambios de voltaje hacen que fluya la electricidad. a través de los cables de chips electrónicos de computadora. Designaron la presión de vacío bajo como «1» y la presión atmosférica como «0», y agregaron válvulas diminutas que pueden intercambiar los dos valores. Esto convirtió el chip en una computadora neumática.

Para codificar los programas, utilizaron diferentes láminas de silicona como «tarjetas perforadas» y para ingresar los datos, encontraron un método simple para cambiar la presión: colocaron los dedos en los puntos designados.

El chip más complejo que hizo el equipo contenía cuatro bits de información y realizó un procedimiento llamado dilución en serie, que determina la concentración de una sustancia química disuelta en un líquido. Por lo general, un investigador pipetea repetidamente líquido de un cilindro de vidrio a otro, pero el chip lo hace de forma autónoma y en miniatura, siguiendo pasos preprogramados. Hui dice que con la adición de un chip de computadora neumático, los llamados dispositivos microfluídicos que ya usamos, como las pruebas caseras de covid-19, podrían determinar no solo si hay un virus presente, sino también en qué concentración.

William Grover de la Universidad de California, Riverside, dice que la automatización de chips sin componentes electrónicos fuera del chip es increíblemente útil. «Este enfoque puede eliminar el 99 % del costo de algunos instrumentos de microfluidos y hacerlos más pequeños y fáciles de construir», dice.

Si es lo suficientemente avanzada desde el punto de vista computacional, la tecnología podría ser útil como un producto biomédico listo para usar para experimentos con muchos insumos, como el cultivo de tejido en chips, dice Albert Folch, de la Universidad de Washington en Seattle. Él dice que las válvulas neumáticas de la computadora aún no pueden hacer todo lo que hacen los transistores en los microchips, pero es probable que la potencia informática de la computadora neumática aumente en el futuro.

Las computadoras neumáticas podrían controlar laboratorios bioquímicos miniaturizados, pero también podrían convertirse en «cerebros» para robots blandos, dice Siavash Ahrar de la Universidad Estatal de California en Long Beach, quien trabajó en el proyecto. El aire y la presión ya se usan para mover algunos robots, y ahora también podrían usarse para ayudar a los robots a tomar decisiones a través de cálculos simples, dice.