Dispositivo di rilevamento logico pneumatico.
Un nuovo computer ad aria compressa fa scattare gli allarmi quando alcuni dispositivi medici si guastano. L'invenzione è un modo più affidabile e meno costoso per aiutare a prevenire coaguli di sangue e ictus, il tutto senza sensori elettronici
Descritto in un articolo sulla rivista Device (1), il computer non solo funziona ad aria, ma usa anche l'aria per emettere avvisi. Emette immediatamente un fischietto quando rileva un problema con la macchina di compressione salvavita che è progettata per monitorare.
I dispositivi di compressione pneumatica intermittente o IPC sono manicotti per le gambe che si riempiono d'aria periodicamente e comprimono le gambe di una persona per aumentare il flusso sanguigno. Ciò impedisce la formazione di coaguli che portano a vasi sanguigni bloccati, ictus o morte. In genere, queste macchine sono alimentate e monitorate dall'elettronica.
«I dispositivi IPC possono salvare vite, ma tutta l'elettronica in essi contenuta li rende costosi. Quindi, abbiamo voluto sviluppare un dispositivo pneumatico che eliminasse parte dell'elettronica, per rendere questi dispositivi più economici e sicuri», ha affermato il dottor William Grover (2), professore associato di bioingegneria presso l'University of California, Riverside (UCR) e autore del documento corrispondente.
La pneumatica sposta l'aria compressa da un posto all'altro. I freni di emergenza sui treni merci funzionano in questo modo, così come le pompe per biciclette, i manometri per pneumatici, i respiratori e i dispositivi IPC. Per Grover e i suoi colleghi aveva senso usare un dispositivo logico pneumatico per controllarne un altro e renderlo più sicuro.
Questo tipo di dispositivo funziona in modo simile ai circuiti elettronici, eseguendo calcoli di bit di parità. «Diciamo che voglio inviare un messaggio in uno e zero, come 1-0-1, tre bit», ha detto Grover. «Decenni fa, le persone si sono rese conto che potevano inviare questi tre bit con un'informazione aggiuntiva per assicurarsi che il destinatario ricevesse il messaggio giusto».
Quel pezzo di informazione extra è chiamato bit di parità. Il bit è un numero: 1 se il messaggio contiene un numero dispari di uno e 0 se il messaggio contiene un numero pari di uno. Se il numero uno appare alla fine di un messaggio con un numero pari di bit, allora è chiaro che il messaggio era difettoso. Molti computer elettronici inviano messaggi in questo modo.
Un computer ad aria compressa usa le differenze di pressione dell'aria che scorre attraverso 21 piccole valvole per contare il numero di uno e zero. Se non si è verificato alcun errore nel conteggio, il fischietto non suona.
Se esplode, è un segnale che la macchina ha bisogno di riparazioni. Il professor Grover e i suoi studenti, in un video che mostra il computer ad aria, vengono mostrati mentre danneggiano un dispositivo IPC con un coltello, rendendolo inutilizzabile. Pochi secondi dopo, il fischietto suona.
«Questo dispositivo è grande quanto una scatola di fiammiferi. Sostituisce una manciata di sensori e un computer», spiega Grover. «Quindi, possiamo ridurre i costi e al tempo stesso rilevare i problemi in un dispositivo. E potrebbe anche essere utilizzato in ambienti con elevata umidità o alta temperatura che non sono ideali per l'elettronica».
Il monitoraggio del dispositivo IPC è solo un'applicazione per l'air computing. Per il suo prossimo progetto, Grover vorrebbe creare un dispositivo che potrebbe eliminare la necessità di un lavoro che uccide persone ogni anno: spostare il grano in cima a silos alti.
Edifici alti pieni di mais o grano, i silos per cereali sono una vista comune nel Midwest. Spesso, un essere umano deve entrare con una pala per rompere i chicchi e livellare le pile all'interno.
«Si verifica un numero notevole di decessi perché il grano si sposta e la persona rimane intrappolata. Un robot potrebbe fare questo lavoro al posto di una persona. Tuttavia, questi silos sono esplosivi e una singola scintilla elettrica potrebbe far saltare in aria un silos, quindi un robot elettronico potrebbe non essere la scelta migliore», ha affermato Grover. «Voglio mettere i lavoratori fuori pericolo creando un robot ad aria compressa, che non generi scintille, adatto a lavorare in questo ambiente esplosivo».
L'informatica ad aria compressa è un'idea che circola da almeno un secolo. Le persone erano solite realizzare pianoforti ad aria compressa in grado di riprodurre musica da rotoli di carta perforati. Dopo l'avvento dell'informatica moderna, gli ingegneri hanno perso interesse nei circuiti pneumatici.
«Una volta che una nuova tecnologia diventa dominante, perdiamo la consapevolezza di altre soluzioni ai problemi», ha detto Grover. «Una cosa che mi piace di questa ricerca è che può mostrare al mondo che ci sono situazioni oggi in cui idee vecchie di oltre 100 anni possono ancora essere utili».
Riferimenti:
(1) Air-powered logic circuits for error detection in pneumatic systems
(2) William Grover
Descrizione foto: Primo piano del dispositivo di rilevamento logico pneumatico. - Credit: William Grover/UCR.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How air-powered computers can prevent blood clots
