소식

Jun 23, 2023

공압 컴퓨터는 전기 대신 압력을 사용합니다.

유리와 실리콘으로 만든 컴퓨터 칩은 한쪽에서 움직이는 액체를 담습니다.

유리와 실리콘으로 만들어진 컴퓨터 칩은 압력 변화에 반응하여 칩의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하는 액체를 담고 있습니다. 이는 소형화된 생화학 실험을 제어하고 자동화하는 데 사용되었습니다.

카르멜라 파다빅-칼라한(Karmela Padavic-Callaghan)

2023년 6월 2일

액체를 담는 채널이 있는 유리와 실리콘으로 만들어진 컴퓨터 칩

UC Irvine의 Hui 연구소

유리와 실리콘으로 만들어진 공압 컴퓨터는 데이터를 인코딩하기 위해 전기 대신 압력을 사용합니다. 이를 통해 실험실의 기술자가 일반적으로 수행하는 절차를 칩 크기의 장치에서 수행할 수 있습니다.

랩온어칩(Lab-on-a-Chip) 장치는 투박한 유리 제품을 사용하여 일상적인 생화학을 수동으로 수행하는 것에 대한 더 작고 저렴하며 휴대 가능한 대안으로 수십 년 동안 추구되어 왔습니다. 세포 배양 및 작은 장기 성장을 포함하여 일부 생화학 실험이 소형화되었지만 대부분의 이러한 장치에는 단순한 칩보다 훨씬 더 많은 장비가 필요합니다.

"칩을 손에 쥐면 그 칩에서 모든 일이 일어날 수 있지만, 축소하면 칩을 제어하는 ​​냉장고 크기의 상자가 보일 것입니다. 실제로는 랩온어칩이 아닙니다." 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 Elliot Hui는 말합니다. 그와 그의 동료들은 그 거대한 상자를 전기가 필요하지 않고 각 랩온어칩 안에 들어갈 수 있는 작은 컴퓨터로 교체하기 시작했습니다.

광고

더 읽어보세요:

작은 칩으로 수십만 개의 DNA 서열을 빠르게 식별할 수 있습니다.

그들은 두 개의 얇은 유리판 사이에 0.25mm 두께의 실리콘 시트를 끼웠습니다. 그들은 화학 반응에 필요한 액체가 유리를 통해 흐를 수 있도록 유리에 작은 채널을 에칭한 다음 실리콘 층에 작은 구멍을 뚫어 두 유리창 사이의 채널을 연결했습니다.

압력의 차이가 채널을 통해 액체를 밀어내는 방식은 전압 변화가 전자 컴퓨터 칩의 전선을 통해 전기가 흐르는 방식을 모방합니다. 그들은 낮은 진공 압력을 "1"로, 대기압을 "0"으로 지정하고 두 값을 교환할 수 있는 작은 밸브를 추가했습니다. 이로 인해 칩이 공압식 컴퓨터로 바뀌었습니다.

The Weekly 뉴스레터에 가입하세요

받은편지함에서 매주 발견 내용을 받아보세요.

프로그램을 코딩하기 위해 그들은 다양한 실리콘 시트를 "펀치 카드"로 사용했고 데이터를 입력하기 위해 압력을 변경하는 간단한 방법을 찾았습니다. 즉, 지정된 지점 위에 손가락을 얹었습니다.

팀이 만든 가장 복잡한 칩은 4비트의 정보를 보유하고 액체에 용해된 화학 물질의 농도를 결정하는 직렬 희석이라는 절차를 수행했습니다. 일반적으로 연구원은 한 유리 실린더에서 다른 유리 실린더로 액체를 반복적으로 피펫팅하지만 칩은 사전 프로그래밍된 단계에 따라 이 작업을 자율적으로 소형으로 수행했습니다. Hui는 집에서 코로나19 테스트와 같이 우리가 이미 사용하고 있는 소위 미세유체 장치인 공압식 컴퓨터 칩을 추가하면 바이러스가 존재하는지 여부뿐만 아니라 어떤 농도인지도 확인할 수 있다고 말했습니다.

University of California, Riverside의 William Grover는 오프 칩 전자 장치 없이 칩을 자동화하는 것이 매우 유용하다고 말합니다. "이 접근 방식은 일부 미세유체 장비 비용의 99%를 절감할 수 있으며 장비를 더 작고 쉽게 만들 수 있습니다."라고 그는 말합니다.

컴퓨터가 충분히 발전한다면 이 기술은 칩에서 조직을 성장시키는 것과 같은 많은 입력을 사용하는 실험을 위한 생물의학의 기성 제품으로 유용할 수 있다고 시애틀에 있는 워싱턴 대학의 Albert Folch는 말합니다. 그는 공압 컴퓨터의 밸브가 아직 전자 칩에서 트랜지스터가 수행하는 모든 기능을 수행할 수는 없지만 공압 컴퓨터의 계산 능력은 앞으로 증가할 가능성이 높다고 말합니다.

공압 컴퓨터는 소형화된 생화학 실험실을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 소프트 로봇의 "두뇌"가 될 수도 있다고 이 프로젝트에 참여한 캘리포니아 주립대학교 롱비치 캠퍼스의 Siavash Ahrar는 말했습니다. 공기와 압력은 이미 일부 로봇을 움직이는 데 사용되었으며 이제는 간단한 계산을 통해 로봇이 결정을 내리는 데에도 사용될 수 있다고 그는 말합니다.