Nowy komputer zasilany powietrzem wykrywa awarie urządzeń medycznych przy użyciu ciśnienia powietrza, eliminując czujniki elektroniczne, zapewniając bezpieczniejszą i tańszą alternatywę. Plany na przyszłość obejmują rozszerzenie jego zastosowania na środowiska niebezpieczne.
Naukowcy opracowali komputer zasilany powietrzem, który może wykrywać i wysyłać powiadomienia w przypadku awarii niektórych urządzeń medycznych. To urządzenie upraszcza proces monitorowania, eliminując potrzebę stosowania czujników elektronicznych, oferując ekonomiczny i niezawodny sposób zapobiegania zakrzepom krwi i udarom.
Komputer, opisany w artykule w czasopiśmie Urządzenienie tylko działa na antenie, ale także wykorzystuje powietrze do wysyłania ostrzeżeń. Natychmiast daje sygnał, gdy wykryje problem z ratującą życie maszyną kompresyjną, do monitorowania której został zaprojektowany.
Zwiększanie bezpieczeństwa wyrobów medycznych dzięki technologii pneumatycznej
Przerywana kompresja pneumatyczna lub urządzenia IPC to opaski na nogi, które okresowo wypełniają się powietrzem i ściskają nogi osoby, aby zwiększyć przepływ krwi. Zapobiega to powstawaniu zakrzepów, które prowadzą do zablokowania naczyń krwionośnych, udarów lub śmierci. Zazwyczaj maszyny te są zasilane i monitorowane przez elektronikę.
„Urządzenia IPC mogą ratować życie, ale cała elektronika w nich zawarta powoduje, że są drogie. Dlatego chcieliśmy opracować urządzenie pneumatyczne, w którym pozbędziemy się części elektroniki, dzięki czemu urządzenia te będą tańsze i bezpieczniejsze” – powiedział William Grover, profesor nadzwyczajny bioinżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside i autor odpowiedniego artykułu.
Informacje techniczne: jak działają komputery zasilane powietrzem
Pneumatyka przenosi sprężone powietrze z miejsca na miejsce. W ten sposób działają hamulce awaryjne w pociągach towarowych, podobnie jak pompki rowerowe, manometry w oponach, maski oddechowe i urządzenia IPC. Dla Grovera i jego współpracowników sensowne było użycie jednego pneumatycznego urządzenia logicznego do sterowania drugim i zwiększenia jego bezpieczeństwa.
Tego typu urządzenie działa w sposób podobny do obwodów elektronicznych, wykonując obliczenia bitów parzystości. „Powiedzmy, że chcę wysłać wiadomość zawierającą jedynki i zera, na przykład 1-0-1, trzy bity” – powiedział Grover. „Dziesiątki lat temu ludzie zdali sobie sprawę, że mogą wysłać te trzy bity z jedną dodatkową informacją, aby mieć pewność, że odbiorca otrzyma właściwą wiadomość”.
Ta dodatkowa informacja nazywana jest bitem parzystości. Bit jest liczbą — 1, jeśli wiadomość zawiera nieparzystą liczbę jedynek i 0, jeśli wiadomość zawiera parzystą liczbę jedynek. Jeśli cyfra jeden pojawi się na końcu wiadomości o parzystej liczbie bitów, wówczas jest jasne, że wiadomość zawierała błędy. Wiele komputerów elektronicznych wysyła wiadomości w ten sposób.
Demonstracja pneumatycznego czujnika logicznego służącego do wykrywania błędów działania urządzeń kompresyjnych. Źródło: William Grover/UCR
Praktyczne zastosowania i perspektywy na przyszłość
Komputer zasilany powietrzem wykorzystuje różnice w ciśnieniu powietrza przepływającego przez 21 maleńkich zaworów do zliczania jedynek i zer. Jeśli nie wystąpił błąd w liczeniu, gwizdek nie słychać.
Jeśli dmucha, oznacza to, że maszyna wymaga naprawy. Na filmie przedstawiającym komputer powietrzny Grover i jego uczniowie uszkadzają urządzenie IPC nożem, czyniąc je bezużytecznym. Sekundę później rozlega się gwizdek.
„To urządzenie jest mniej więcej wielkości pudełka zapałek. Zastępuje kilka czujników i komputer” – powiedział Grover. „Dzięki temu możemy obniżyć koszty, jednocześnie wykrywając problemy w urządzeniu. Można go również używać w środowiskach o wysokiej wilgotności i wysokiej temperaturze, które nie są idealne dla elektroniki”.
Monitorowanie urządzeń IPC to tylko jedno z zastosowań obliczeń lotniczych. W ramach swojego następnego projektu Grover chciałby zaprojektować urządzenie, które mogłoby wyeliminować potrzebę wykonywania pracy, która co roku zabija ludzi — przenoszenia zboża na szczycie wysokich silosów.
Wysokie budynki pełne kukurydzy lub pszenicy, silosy zbożowe są częstym widokiem na Środkowym Zachodzie. Często człowiek musi wejść do środka z łopatą, aby rozbić ziarno i wyrównać znajdujące się w nim stosy.
„Niezwykła liczba zgonów ma miejsce na skutek przesunięcia się zboża i osoby wpadają w pułapkę. Zamiast człowieka tę pracę mógłby wykonać robot. Jednak te silosy są wybuchowe i pojedyncza iskra elektryczna może rozerwać silos, więc robot elektroniczny może nie być najlepszym wyborem” – powiedział Grover. „Chcę stworzyć robota napędzanego powietrzem, który mógłby pracować w środowisku wybuchowym, nie generować iskier i chronić ludzi przed niebezpieczeństwem”.
Obliczenia napędzane powietrzem to pomysł, który istnieje już od co najmniej stulecia. Kiedyś produkowano pianina napędzane powietrzem, które odtwarzały muzykę z dziurkowanych rolek papieru. Wraz z rozwojem nowoczesnych komputerów inżynierowie stracili zainteresowanie obwodami pneumatycznymi.
„Kiedy dominuje nowa technologia, tracimy świadomość innych rozwiązań problemów” – powiedział Grover. „W tych badaniach podoba mi się to, że mogą pokazać światu, że w dzisiejszych czasach istnieją sytuacje, w których pomysły sprzed ponad 100 lat mogą być nadal przydatne”.
Odniesienie: „Zasilane powietrzem obwody logiczne do wykrywania błędów w układach pneumatycznych” autorstwa Shane’a Hoanga, Mabel Shehada, Zinal Patel, Minh-Huy Tran, Konstantinos Karydis, Philip Brisk i William H. Grover, 12 sierpnia 2024 r., Urządzenie.
DOI: 10.1016/j.device.2024.100507
