Un groupe de bio-ingénieurs dirigé par le Dr Manu Prakash de l’Université de Stanford a mis au point un ordinateur synchrone qui fonctionne en utilisant la physique des gouttes d’eau en mouvement.
Les bio-ingénieurs de l’Université de Stanford ont développé un ordinateur qui fonctionne avec des gouttelettes d’eau. Crédit photo : Kurt Hickman.
En raison de sa nature universelle, l’ordinateur à gouttelettes d’eau peut théoriquement effectuer n’importe quelle opération qu’un ordinateur électronique conventionnel peut croquer, bien qu’à des vitesses nettement plus lentes. L’équipe du Dr Prakash a cependant une application plus ambitieuse en tête.
“Nous avons déjà des ordinateurs numériques pour traiter l’information. Notre objectif n’est pas de concurrencer les ordinateurs électroniques ou de faire fonctionner des traitements de texte avec cela. Notre objectif est de construire une toute nouvelle classe d’ordinateurs capables de contrôler et de manipuler avec précision la matière physique à la méso-échelle (10 microns à 1 millimètre)”, explique le Dr Prakash.
La capacité de contrôler précisément des gouttelettes à l’aide de l’informatique fluidique pourrait avoir un certain nombre d’applications en biologie et en chimie à haut débit, et peut-être de nouvelles applications dans la fabrication numérique évolutive.
Dans un nouvel article publié en ligne dans le journal Nature Physicsl’équipe du Dr Prakash décrit le régime de fonctionnement fondamental du système et présente des blocs de construction pour les portes logiques synchrones, la rétroaction et la cascadabilité, qui sont les caractéristiques du calcul évolutif. Une machine à état simple comprenant une mémoire de 1 bit (connue sous le nom de “flip-flop”) est également démontrée à l’aide des blocs de construction de base.
“Notre plateforme utilise un champ magnétique rotatif qui permet la manipulation parallèle d’un nombre arbitraire de gouttelettes de ferrofluide sur des pistes en permalloy.”
“Grâce au couplage des forces d’interaction magnétique et hydrodynamique entre les gouttelettes, nous avons développé des portes logiques AND, OR, XOR, NOT et NAND, des fanouts, un additionneur complet, un flip-flop et une machine à états finis. Notre plateforme permet une intégration à grande échelle de la logique des gouttelettes, analogue à la mise à l’échelle observée dans l’électronique numérique, et ouvre de nouvelles voies dans le traitement des matériaux à méso-échelle.”
“Les puces actuelles font environ la moitié de la taille d’un timbre-poste, et les gouttelettes sont plus petites que des graines de pavot, mais la physique du système suggère qu’il peut être rendu encore plus petit”, a déclaré Georgios Katsikis, membre de l’équipe de l’Université de Stanford.
“Combiné au fait que le champ magnétique peut contrôler des millions de gouttelettes simultanément, cela rend le système exceptionnellement évolutif.”
Le Dr Prakash ajoute : “l’application la plus immédiate pourrait consister à transformer l’ordinateur en un laboratoire de chimie et de biologie à haut débit”.
“Au lieu d’exécuter des réactions dans des tubes à essai en vrac, chaque gouttelette peut transporter certains produits chimiques et devenir son propre tube à essai, et l’ordinateur de gouttelettes offre un contrôle sans précédent sur ces interactions.”
