Crean un ordenador que funciona con gotas de agua

Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford (EEUU) ha desarrollado un computador síncrono (cuyas señales se generan de manera sincronizada) con una propiedad muy especial: en lugar de funcionar con los clásicos bits de información, lo hace con gotas de agua.

El origen de la idea surgió hace unos años de la mente del bioingeniero de dicha Universidad, Manu Prakash, especializado en el estudio de la dinámica de las gotas de los fluidos.

Prakash quería crear una clase completamente nueva de ordenadores capaces de ejecutar cálculos, pero no para procesar información (los bits ya mencionados), sino que para procesar materia.  

En qué consiste

En la computadora “de agua” creada, por tanto, pequeñas gotas de agua son manipuladas siguiendo la misma técnica con que se manipulan los bits de información de un ordenador electrónico.

Las gotas, como los bits, también se mueven  por un circuito, que en este caso está formado por matrices de barras de hierro diminutas tapadas por un vidrio. En medio de ambas capas, se introdujo una capa de aceite. En este conjunto, los investigadores inyectan cuidadosamente gotas de agua que han sido imbuidas con pequeñísimas nanopartículas magnéticas.    

Estas nanopartículas hacen que las gotas de agua sean sensibles a los campos magnéticos de un ‘reloj’ que haría el papel de los relojes computacionales que dirigen la señalización de los ordenadores electrónicos. El reloj consiste en unas bovinas de metal giratorias que, al moverse, generan un campo magnético.

Cada vez que este campo magnético se invierte, las gotas introducidas en el circuito van modificando su comportamiento. En concreto, cada rotación del campo cuenta como un ciclo de reloj que condiciona el comportamiento de las gotas.  El reloj asegura así que todas ellas se muevan en perfecta sincronía y, por tanto, que el sistema pueda funcionar prácticamente sin error.

Entretanto, una cámara va registrando las interacciones entre las gotitas individuales, lo que permite observar los procesos en tiempo real. La presencia o ausencia de una gotita representa los 1s y 0s del código binario de los ordenadores electrónicos. Este computador síncrono “de agua” puede hacer así todas las operaciones lógicas que haría cualquier ordenador tradicional.

Por otra parte, a pesar de que los chips o circuitos creados tienen el tamaño de medio sello de correos y las gotitas son más pequeñas que las semillas de amapola, todo se podría reducir aún más. Asimismo, con un solo campo magnético se podrían controlar millones de gotas al mismo tiempo. Por tanto, este sistema podría ser excepcionalmente escalable, afirman los investigadores.

Procesar materia e información

Los científicos reconocen que el ordenador de gotas es significativamente más lento que un ordenador electrónico, por lo que no aspiran a competir con este tipo de procesadores. En realidad, el sistema está pensado para un fin sorprendente: procesar materia al tiempo que se procesa información, afirman.

De este modo, podría funcionar como un laboratorio de química y de biología de alto rendimiento. Gracias a él, en lugar de tener que generar reacciones en tubos de ensayo, cada gota podría llevar productos químicos convirtiéndose en sí en tubo de ensayo. El ordenador ofrecería un control sin precedentes sobre las gotas, para extraer de ellas toda la información.

Desde la perspectiva de la ciencia básica, el trabajo abre asimismo una nueva forma de pensar sobre la computación aplicada al mundo físico: hasta ahora, los aspectos físicos de los bits de información nunca habían sido explotados como una nueva forma de manipulación de la materia a mesoescala (a entre 10 micras y 1 milímetro).

Por último, dado que el sistema es extremadamente robusto y el equipo ha descubierto normas de diseño universal, Prakash planea hacer una herramienta de diseño para estos circuitos de gotas, y ponerla a disposición del público.

Cualquier grupo de personas podrá entonces improvisar los bloques lógicos básicos y hacer cualquier circuito complejo de gotas que desee. Los científicos dan todos los detalles del sistema en un artículo aparecido en la revista Nature Physics.

Referencia bibliográfica:

Georgios Katsikis, James S. Cybulski, Manu Prakash. Synchronous universal droplet logic and control. Nature Physics (2015). DOI: 10.1038/nphys3341.