Archive for 17 Giugno 2015

Il computer ad acqua

https://youtu.be/m5WodTppevo

ricercatori della Stanford University hanno sviluppato un computer sincrono che opera utilizzando la fisica unica di goccioline d’acqua in movimento. Il loro obiettivo è quello di progettare una nuova classe di computer in grado di controllare con precisione e manipolare la materia fisica.

 

Computer e acqua in genere non si mescolano, ma nel laboratorio di Manu Prakash, i due sono la stessa cosa. Prakash, assistente professore di bioingegneria alla Stanford, e i suoi studenti hanno costruito un computer sincrono che funziona, utilizzando la fisica unica di goccioline d’acqua in movimento.

Il computer è il risultato di quasi un decennio in divenire, incubato da un’idea che ha colpito Prakash quando era uno studente laureato. Il lavoro unisce la sua esperienza nel manipolare la fluidodinamica delle gocce con un elemento fondamentale di informatica – il funzionamento dell’orologio.

“In questo lavoro, -ha detto Prakash – ,abbiamo finalmente dimostrato una logica della goccia d’acqua, universale, sincrona e controllabile”.

A causa della sua natura universale, il computer gocciolina può teoricamente eseguire qualsiasi operazione che un calcolatore elettronico convenzionale può macinare, anche se a tassi significativamente più lenti. Prakash ed i suoi colleghi, tuttavia, hanno in mente una più ambiziosa applicazione.

“Abbiamo già computer digitali per elaborare le informazioni. Il nostro obiettivo , -ha detto Prakash – non è quello di competere con i calcolatori elettronici o per operare word processor su questo . Il nostro obiettivo è quello di costruire una nuova classe di computer in grado di controllare con precisione e manipolare la materia fisica. Immaginate se quando si esegue una serie di calcoli che non solo le informazioni sono processati, ma la materia fisica è pure algoritmicamente manipolata. Abbiamo appena reso possibile questo possibile operando alle dimensioni della mesoscala. ”

La possibilità di controllare con precisione le goccioline che utilizzano il calcolo fluido potrebbe avere un certo numero di applicazioni in biologia e chimica, e, eventualmente, nuove applicazioni per una produzione digitale scalabile.

L’orologio è cruciale

Per quasi un decennio dai tempi dell’università, un idea tormentava Prakash: se si potevano usare goccioline come bit di informazioni e altresì utilizzare il movimento preciso di quelle gocce per elaborare le informazioni e contemporaneamente materiali fisici. Prakash decise di costruire un campo magnetico rotante che agisce come un orologio per sincronizzare tutte le goccioline. L’idea ha dimostrato la promessa, e nelle prime fasi del progetto, Prakash ha reclutato uno studente laureato, Georgios “Yorgos” Katsikis, che è il primo autore sulla carta.

Gli orologi dei computer sono responsabili di quasi tutti i comfort moderni. Smartphone, DVR, aerei, Internet – senza orologi, nessuno di questi poteva essere operativo senza complicazioni frequenti e gravi. Quasi ogni programma per computer richiede diverse operazioni simultanee, ciascuna condotta in modo perfetto ,passo dopo passo. Un orologio fa in modo che queste operazioni di inizio e fine allo stesso tempo, in modo da garantire che vengano sincronizzate le informazioni.

I risultati sono disastrosi se non è presente un orologio. E ‘come  avere soldati in marcia in formazione: se una persona cade drammaticamente fuori dal tempo, non passerà molto tempo prima che tutto il gruppo vada in pezzi. Lo stesso vale- ha spiegato Prakash – se più operazioni simultanee di  un computer, funzionano, senza che vi sia un orologio per sincronizzarli.

“La ragione per cui i computer funzionano in modo così preciso,- ha detto Prakash – è che ogni operazione avviene in modo sincrono; è ciò che ha reso , in primo luogo, la logica digitale così potente “.

Un orologio magnetico

Lo sviluppo di un orologio per un computer basato su fluido ha richiesto un po ‘di pensiero creativoDoveva essere facile da manipolare, ed anche in grado di influenzare più gocce alla volta. Il sistema doveva essere scalabile in modo che in futuro, un gran numero di goccioline possano comunicare tra di loro senza perdere un colpo. Prakash si rese conto che un campo magnetico rotante poteva essere efficace a tale riguardo.

Katsikis e Prakash hanno costruito array di sbarre di ferro minuscoli su vetrini che sembrano qualcosa di simile a un labirinto di Pac-Man. Hanno preparato un vetrino vuoto sulla parte superiore a sandwich con uno strato di olio in mezzo. Poi hanno iniettato accuratamente nel mix singole gocce d’acqua che erano state infuse con piccole nanoparticelle magnetiche.

Successivamente, hanno acceso il campo magnetico. Ogni volta che il campo ribalta, la polarità delle barre inverte, disegnando le goccioline magnetizzati in una nuova direzione predeterminata, come automobili su una pista scanalata. Ogni rotazione del campo conta come un ciclo di clock, come una seconda mano che un giro completo sul quadrante dell’orologio, e ogni goccia marcia esattamente un passo avanti con ogni ciclo.

Una telecamera registra le interazioni tra singole gocce, permettendo l’osservazione della computazione come avviene in tempo reale. La presenza o l’assenza di una gocciolina rappresenta le 1 e 0 di codice binario, e l’orologio assicura che tutte le gocce si muovono in perfetta sincronia, e quindi il sistema può essere eseguito praticamente sempre senza errori.

“A seguito di queste regole, abbiamo dimostrato ,- ha detto Katsikis – di essere in grado di fare tutte le porte logiche universali utilizzati in elettronica, semplicemente cambiando il layout delle barre sul chip. Lo spazio di design attuale nella nostra piattaforma è incredibilmente ricco. Dateci qualsiasi circuito a logica booleana nel mondo, e siamo in grado di costruirlo con queste piccole goccioline magnetiche in grado di muoversi “.

Il documento attuale descrive il regime di funzionamento fondamentale del sistema e dimostra blocchi di porte logiche sincroni, feedback e cascadabilitycaratteristiche di calcolo scalabile. Una macchina semplice-stato compreso lo stoccaggio di memoria da 1-bit (noto come “flip-flop”) è anche dimostrata sulla base degli elementi di base, di cui sopra.

Un nuovo modo di manipolare la materia

I chip attuali sono circa la metà di un francobollo, e le goccioline sono più piccoli dei semi di papavero, ma Katsikis ha aggiunto che la fisica del sistema suggerisce che può essere reso ancora più piccoloCombinato con il fatto che il campo magnetico può controllare milioni di goccioline simultaneamente, questo rende il sistema estremamente scalabile.

“Possiamo continuare a farlo più piccolo di modo che possa fare più operazioni per tempo, -ha detto lo studente laureato e co-autore Jim Cybulski-, in modo che possa funzionare con dimensioni delle goccioline più piccole e fare un  numero in più di operazioni in un solo chip. Tra l’altro si presta molto bene ad una varietà di applicazioni.”

Prakash ha detto che l’applicazione più immediata potrebbe coinvolgere trasformando il computer in un laboratorio di chimica e biologia high-throughput. Invece di effettuare reazioni in provetta alla rinfusa, ogni goccia può portare alcuni prodotti chimici e diventare la proprio provetta, e il computer a gocce d’acqua offre un controllo, senza precedenti, su queste interazioni.

Dal punto di vista della scienza di base, una parte del motivo per cui il lavoro è così eccitante, -ha detto ancora Prakash –, è che si apre un nuovo modo di pensare della computazione nel mondo fisico. Anche se è stato applicato in precedenza la fisica computazionale per capire i limiti della computazione, gli aspetti fisici di bit di informazioni non sono mai stato sfruttati come un nuovo modo di manipolare la materia a livello di mesoscala ( da 10 micron a 1 millimetro).

Poiché il sistema è estremamente robusto e il team ha scoperto le regole di progettazione universale, Prakash ha intenzione di fare uno strumento di progettazione per questi circuiti gocciolina a disposizione del pubblico. Qualsiasi gruppo di persone può ora mettere insieme i blocchi logici di base e fare un qualsiasi circuito-gocciolina-complesso che desidera.

Siamo molto interessati a coinvolgere chiunque e tutti coloro che vogliono giocare, per consentire a tutti di progettare nuovi circuiti in blocchi che descriviamo in questo articolo o scoprire nuovi blocchi da costruzione. In questo momento, chiunque può mettere questi circuiti insieme,-ha detto Prakashper formare un processore gocciolina complesso senza controllo esterno – qualcosa che in precedenza era una sfida molto difficile “.

Se si guarda indietro ai grandi progressi nella società, il calcolo prende un posto speciale. Stiamo cercando di portare lo stesso tipo di scala fino ad esponenziale, a causa della computazione che abbiamo visto nel mondo digitale, nel mondo fisico. ”

 

SOS tartarughe marine

Ci sono sette specie di tartarughe marine, cioè  rettili marini che hanno bisogno di respirare aria per sopravvivere. Sei delle sette specie si trovano in acque degli Stati Uniti, e la tartaruga schiena piatta si trova solo nel Western Indo-Pacifico. La maggior parte delle loro vite sono spese in mare, con alcune specie che s’ immergono fino alla profondità di 900 metri. Tornano a riva per deporre le uova, facendo spesso lunghi viaggi per andare a spiagge specifiche anno dopo anno.

Il loro ampio respiro movimento e la piccola quantità di tempo trascorso a terra significa che è difficile misurare quante tartarughe rimangono in mare  , o quanti ce ne sono  rispetto ad una volta. (Una stima è che milioni di tartarughe marine verdi erano nei Caraibi, all’epoca di Cristoforo Colombo). Ora tutte e sei le specie presenti nelle acque statunitensi sono elencate come in via di estinzione sotto l’Endangered Species Act, e quelle sei sono anche reperibili sulla lista rossa dove i suoi annunci vanno da vulnerabile o in pericolo critico. Hanno molte minacce antropiche, tra cui  aggrovigliamento in attrezzi da pesca,  detriti marini, la distruzione degli habitat costieri, il bracconaggio di adulti e delle uova, e il cambiamento climatico.

Tartarughe verdigreen sea turtle

Tartarughe verdi (Chelonia mydas) vivono nelle calde acque costiere degli oceani tropicali e subtropicali. A volte da adulti mangiano spugne, salpe (animali galleggianti come meduse), e meduse, ma si nutrono principalmente di piante, come le alghe. Il pigmento verde  di questi  vegetali colora dieta il loro grasso, dando loro il nome comune. Le popolazioni di nidificazione tartarughe marine verdi si stimano diminuite del 48% al 65% negli ultimi 100-150 anni. Tuttavia, studi recenti dimostrano che le aree marine protette stanno beneficiando  queste  tartarughe.

Tartarughe Ridley  di Kemp

Tartarughe Ridley Kempkemps ridley turtle (Lepidochelys kempii) sono le più piccole tartarughe marine, dal peso di solo di 45 kg.  Da adulti passano la maggior parte del loro tempo nelle zone costiere poco profonde in luoghi con fango, sabbia o ghiaia fondi, spesso in praterie di fanerogame. Mangiano granchi, meduse e una varietà di molluschi. Questa immagine mostra una tartaruga che tornare in  mare dopo aver deposto le sue uova nella spiaggia sabbiosa.

“Arrivo” delle Kemp Ridleyolive ridleys on beach_0

Ogni anno, nello stesso luogo e tempo, migliaia di tartarughe marine Ridley femmine di Kemp vengono a riva per nidificare e deporre le uova sulla spiaggia. Questo evento di nidificazione di massa è conosciuto come un  “arrivo via mare” .

Tartaruga embricatahawksbill turtle embricata

Tartarughe embricate (Eretmochelys imbricata) sono piccole e tartarughe medie dimensioni, ma possono essere grandi sino a 91 kg). Gli adulti vivono tra le comunità della barriera corallina in buona salute, l’alimentazione principale è di spugne, ma si nutrono anche di altri invertebrati come i cetrioli di mare, tunicati (ascidie), granchi, stelle marine e molluschi, così come di alcune alghe.

Tartaruga liutoleatherback turtle liuto

Tartarughe liuto (Dermochelys coriacea) sono le più grandi tartarughe marine, in crescita fino a  2 m e con un peso di circa 900 kg. Loro sono a differenza delle altre tartarughe marine con due caratteristiche importanti: hanno un carapace coriaceo spesso (rivestimento esterno) al posto di un guscio duro osseo, e possono sopravvivere in acque più fredde, permettendo loro di nutrirsi più vicino ai poli Nord e Sud, dove le altre tartarughe non possono sopravvivere. Le mascelle sono troppo deboli per mangiare prede  con un  corpo duro , di modo che per lo più mangiano  meduse  e salpe

Tartaruga caretta carettaloggerhead babies caretta caretta

Tartarughe (Caretta caretta), sono chiamate in questo modo per le loro grandi teste e mascelle forti, che consentono loro di mangiare la preda con coperture rigide, ad esempio come grandi lumache di mare. Vivono in tutti i caldi mari tropicali e subtropicali del mondo. Vivono off-shore quando sono giovani, e migrano più vicino alla linea di costa come si fanno più mature. Nonostante il calo delle popolazioni di tutto il mondo c’è speranza per ulteriore protezione di queste tartarughe attraverso pesca innovazioni dei sistemi e collaborazioni tra scienziati e governi

Olive Ridley Turtle

Tartarughe Olive Ridley (Lepidochelys olivacea) sono le più olive ridleys on beach_0piccole tartarughe marine, che vivono in acque calde vicino alla costa da adulti. Ridleys ulivo femmine partecipano a raggruppamenti di massa che possono coinvolgere 150.000 singole tartarughe che scansionano una spiaggia di notte per trovare un posto per la loro deposizione di circa 100 uova.

Tartarughe a schiena piattaflatback turtles australiane

A differenza delle altre sei specie di tartarughe marine, il flatback (schiena piatta) australiano (Natator depressus) hanno una distribuzione molto limitata, si trovano solo da nord dell’Australia in Papua Nuova Guinea / Indonesia ed è solo  una razza australiana. Tartarughe Flatback tendono a spendere la maggior parte del loro tempo alla superficie dell’oceano, spesso consentendo l’uso agli uccelli del loro guscio come un piccolo spazio atterraggio, perfetto per una pausa.

 

Postato Yesterday da giuseppe benanti

Etichette: rettili marini sette specie tartarughe a schiena piatta tartarughe caretta caretta tartarughe embricatetartarughe liuto tartarughe marine tartarughe Olive Ridley tartarughe Ridley tartarughe verdi