“脑子进水”后诞生全新计算机系统

2015年06月11日  来源： 科技日报

可作为一个能够精确控制的高通量生化实验室

    传统意义上的电脑和水绝对是一对冤家，因为电脑进了水可能会坏掉。不过在美国斯坦福大学一个生物工程实验室里，电脑和水“握手言和”了：电脑要靠水滴来运转。

    据每日科学网站报道，斯坦福大学生物工程学副教授摩奴·普拉卡什的研究团队将水滴的流体动力学与计算机科学中的基本元素——计算时钟——结合起来，发明了“水电脑”。它以与液滴同步的、通用的控制逻辑为基础，理论上可以执行传统电脑的任何操作。

    计算时钟是传统电脑每一个运算都同步且精确的原因所在。该团队使用旋转磁场“扮演”计算时钟的角色，使所有水滴的运动实现了同步。他们在玻璃板上把微型铁条设成迷宫状，并小心翼翼地往装置中倒入含有磁性纳米颗粒的水滴。每次磁场方向转换，铁条的两极就会变换，被磁化的水滴就会按照新的预定方向流动。

    每次磁场转换都可以看作一个时钟周期，就像时钟的秒针走了一圈。每个周期中液滴都会往前流动一步，并精确地对应分针的一步。液滴的出现或消失代表0或1二进制代码。由于这样的计算时钟可以保证所有的液滴同步运动，系统可以持续没有错误地运转下去。按照这些规则，普拉卡什的团队通过改变微型铁条的排列设计出了与传统计算机对应的所有通用逻辑门。

    目前的“水电脑”芯片有半张邮票那么大，水滴比小米粒还要小。不过该团队表示，“水电脑”芯片还可以更小，而且由于磁场可以同时控制上百万个水滴，这一系统的扩展性十分强大。

    “人们已经拥有数字式计算机来处理信息。我们的目标不是与这些电脑竞争，而是发明出一种全新的电脑用来精确地控制物质。想象一下，你不但可以用这样的电脑处理信息，还可以用它处理物质。”普拉卡什说。“水电脑”最直接的应用是将电脑变成一个高通量生化实验室：“水电脑”中每个水滴都可以携带一些化学物质进行实验，而且每个水滴的反应都可以被精确控制，这样研究人员就不需要在试管中进行化学反应测试了。

    普拉卡什认为，“水电脑”为物理世界中的计算机打开了新思路，“回顾人类社会的重大进展，计算占有特殊的地位。我们现在正努力推进物理计算机的运算速度和电子计算机一样实现指数级增长。”（记者刘园园）

    总编辑圈点

    这是运用“逆向思维”进行创新的成果。它把原本矛盾的关系变得融洽起来，尽管在替代电子计算机方面希望渺茫，但却提供了一种新的解决方案，把因水和电不能兼容而导致的技术瓶颈打破，让高通量生化实验室等众多应用成为可能。也许，创新并不难，只要我们转换一下惯性思维，看看工作生活中矛盾和低效的地方，思考如何把不相关变成好搭档，把不可能变得可能。