新型气动计算机可利用气压检测医疗设备的故障

一种新型气动计算机利用气压检测医疗设备的故障，省去了电子传感器，是一种更安全、更廉价的替代品。未来的计划包括将其应用扩展到危险环境。

研究人员开发出了一种空气供电的计算机，可以检测某些医疗设备的故障并发出警报。这种设备无需使用电子传感器，从而简化了监测过程，为帮助预防血栓和中风提供了一种经济、可靠的方法。

《设备》杂志上的一篇论文介绍了这台计算机，它不仅能利用空气运行，还能利用空气发出警告。当它检测到用于监控的救生压缩机器出现问题时，会立即吹响发出提示。

描述气动逻辑用途的图表。资料来源：William Grover/UCR

间歇性气压或 IPC 设备是一种腿部套筒，可定期充气并挤压人的腿部以增加血流量。这样可以防止血凝块导致血管堵塞、中风或死亡。通常，这些机器由电子设备供电和监控。

"IPC设备可以挽救生命，但其中的所有电子元件使其价格昂贵。因此，我们想开发一种气动装置，去掉一些电子元件，使这些装置更便宜、更安全，"加州大学河滨分校生物工程副教授、论文通讯作者 William Grover 说。

气动装置将压缩空气从一个地方输送到另一个地方。货运列车的紧急制动装置、自行车打气筒、轮胎压力表、呼吸器和 IPC 设备都是这样工作的。格罗弗和他的同事们认为，使用一种气动逻辑装置来控制另一种气动逻辑装置并使其更加安全是很有意义的。

这种设备的工作方式与电子电路类似，都是进行奇偶校验位计算。"比方说，我想用 1 和 0 发送一条信息，比如 1-0-1，3个比特，"格罗弗说。"几十年前，人们就意识到，他们可以在发送这三个比特的同时附加一条信息，以确保收件人收到正确的信息"。

这个额外的信息称为奇偶校验位。该位是一个数字--如果信息包含奇数个 1，则为 1；如果信息包含偶数个 1，则为 0。如果数字"1"出现在包含偶数比特的信息末尾，那么很明显，这条信息是有缺陷的。许多电子计算机都是这样发送信息的。

用于检测压缩设备性能误差的气动逻辑传感器演示。资料来源：William Grover/UCR实际应用与未来展望

气动计算机利用流经 21 个微小阀门的气压差来计算 1 和 0 的个数。如果计数没有错误，警报就不会响起。

如果气筒发生爆炸，则表明机器需要维修。在一段演示气动计算机的视频中，格罗弗和他的学生们用小刀损坏了一台 IPC 设备，使其无法使用。几秒钟后，警报就响起了。

"这个设备只有一盒火柴大小。它可以取代一些传感器和一台计算机，"格罗弗说。"因此，我们可以降低成本，同时还能检测设备中的问题。而且，它还可以在高湿度或高温环境中使用，这些环境对电子产品来说并不理想。"

IPC 设备监控只是空中计算的一个应用。在下一个项目中，格罗弗希望设计一种设备，使人们不再需要从事每年都会造成人员伤亡的工作--在高高的筒仓顶部搬运谷物。

粮仓是中西部地区常见的高大建筑，里面装满了玉米或小麦。通常情况下，人必须拿着铲子进去把谷物打碎，使里面的谷物堆放均匀。

"由于谷物移动，人被困住而死亡的人数非常多。机器人可以代替人完成这项工作。但是，这些筒仓具有爆炸性，一个电火花就能把筒仓炸得四分五裂，所以电子机器人可能不是最佳选择，"格罗弗说。"我想制造一种空气动力机器人，它可以在这种爆炸性环境中工作，不会产生任何火花，还能带人类脱离危险。"

气动计算机的概念至少已经存在了一个世纪。人们曾经制造过气动钢琴，可以用打孔纸卷演奏音乐。现代计算兴起后，工程师们对气动电路失去了兴趣。

"一旦一项新技术成为主流，我们就会失去对其他问题解决方案的认识，"格罗弗说。"我喜欢这项研究的一点是，它可以向世界展示，在今天的某些情况下，100 多年前的想法仍然有用。"