Kaj je Fluidics?

Uporaba fizikalnih lastnosti tekočin in plinov kot tekočine za izvajanje logičnih operacij, ki nadzorujejo druge mehanske sisteme, se imenuje fluidika. Hidravlika oziroma pnevmatika, začenši z industrijsko revolucijo, ki se je začela okoli poznih 1700-ih, sta predstavljali temelj. Kasnejša študija o dinamiki tekočin, zlasti tekočin, se je razvila v teoretični model napovednega vedenja. To je inženirjem dalo okvir, iz katerega so lahko zamislili stikala in druga logična vezja, ki so postala predhodnica sodobne elektronike. Čeprav digitalna vezja danes prevladujejo v svetu, so tekoči procesorji še vedno v kritični uporabi.

Fluidike ne smemo zamenjevati s stiskanjem ali raztezanjem tekočin in plinov kot hidravličnega ali pnevmatskega vira energije. Namesto tega je tok tekočine zasnovan kot medij, ki lahko spreminja svoj značaj, prenaša te informacije in jih prenaša na druge tokove. Jedro delovanja fluidne naprave nima gibljivih delov.

Prvi niz predpostavk o dinamiki tekočin je Newtonova fizika klasične mehanike. Temu so dodane spremenljivke hitrost, tlak, gostota in temperatura kot funkcije prostora in časa. Posebej pomemben je dodaten zakon – “predpostavka kontinuuma”, da je pretočne značilnosti tekočine mogoče opisati brez upoštevanja znanega dejstva, da so tekočine sestavljene iz diskretnih molekularnih delcev. Tako teoretični kot empirični fiziki še naprej širijo računalniško razumevanje viskoznosti, turbulence in drugih posebnosti tekočine v gibanju. Inženirji so sledili z vse bolj izpopolnjenimi fluidnimi napravami.

Tehnologija Fluidics ni imela popolne priložnosti za zorenje. Prva logična vezja, vključno z ojačevalnikom in diodo, so bila izumljena v zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Hkrati so bili enaki koncepti ojačanja in prenosa signala realizirani z uporabo toka elektronov, izum polprevodniškega tranzistorja pa je uvedel digitalno revolucijo.

Fizični tok tekočine se seveda ne more ujemati s hitrostjo elektrona. Tekoči signalni procesor ima običajno delovno hitrost le nekaj kilohercev. Za razliko od elektrona pa na masni tok tekočine ali plina ne vplivajo elektromagnetne ali ionske motnje. Fluidiki so zato še vedno potrebni za nadzor nekaterih sistemov, ki ne prenašajo napak, kot je vojaška letalska elektronika. Fluidics se je razvil tudi v učinkovite procesorje analognih podatkov zaradi narave tekočin, ki tečejo kot val.

Eden večjih izzivov fluidike je, da se načela dinamike tekočin očitno razlikujejo glede na obseg. Seveda klimatologi še niso popolnoma razumeli, kako se obnašajo ogromna velika vodna telesa ali zračni tokovi. Podobno so znanstveniki odkrili, da se tekočine obnašajo zelo različno, ko jih preučujemo v obsegu nanotehnologije. Prihodnja študija in uporaba slednjega, imenovanega nano-fluidika, predstavljata možnost bistveno hitrejšega in kompleksnejšega vezja, vključno z več nizi vrat za vzporedno obdelavo.