一款新的气动计算机利用气压检测医疗设备中的故障，从而消除了电子传感器，成为更安全、更便宜的选择。未来的计划包括将这种计算机用于危险环境。

研究人员已经开发出一种空气动力计算机，它能够在某些医疗设备出现故障时进行检测并发出警报。这种设备通过消除对电子传感器的需求来简化监控过程，为预防血凝块和中风提供了一种经济有效且可靠的方法。

《设备》期刊上的一篇论文描述了这款计算机，它不仅靠空气运行，还用空气发出警告。当它检测到它要监控的救生压缩机出现问题时，会立即发出哨声。

用气动技术提高医疗器械的安全性

间歇性气压压缩或IPC设备是腿套，它们会定期充气并挤压人的腿部以增加血液流动。这样可以防止导致血管阻塞、中风或死亡的血栓。通常，这些机器由电子设备供电和监控。

加州大学河滨分校生物工程系副教授兼论文作者威廉·格罗弗表示：“IPC设备可以挽救生命，但其中所有的电子设备都使其价格昂贵。因此，我们想要开发一种气动设备，去除其中的一些电子设备，从而使这些设备更加便宜和安全。”

技术洞察：空气动力计算机是如何工作的？

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器、自行车打气筒、轮胎气压计、呼吸器和IPC设备都是这样工作的。格罗弗和他的同事认为，使用一个气动逻辑装置来控制另一个装置，使其更加安全，这是合理的。

这种设备与电子电路类似，通过进行奇偶校验位计算来工作。“假设我想用1和0发送一条消息，比如1-0-1，三个比特位，”格罗弗说。“几十年前，人们意识到他们可以用一个额外的信息片段来发送这三个比特位，以确保接收者收到正确的消息。”

这段额外的信息被称为奇偶校验位。如果消息中包含奇数个1，则该位为1；如果消息中包含偶数个1，则该位为0。如果消息以偶数个位结束且最后一个位是1，则显然该消息有误。许多电子计算机都以此方式发送消息。

展示了气动逻辑传感器，用于检测压缩设备中的性能错误。图片来源：威廉·格罗弗/加州大学河滨分校

实际应用与未来展望

一台气动计算机利用流经21个微小阀门的气压差来计数1和0的数量。如果计数没有出错，那么哨子就不会响。

如果它真的响了，那就意味着这台机器需要修理了。在演示空气计算机的视频中，格罗弗和他的学生们用刀损坏了IPC设备，使其无法使用。几秒钟后，哨声响起。

“这个设备的大小和一盒火柴差不多。它取代了少量的传感器和一台电脑，”格罗弗说。“因此，我们可以在降低成本的同时仍然检测到设备中的问题。而且它还可以在湿度高或温度高的环境中使用，这对电子设备来说并不理想。”

IPC设备监控只是空气计算的一个应用。对于他的下一个项目，格罗弗想设计一种设备，该设备能够消除每年导致人死亡的工作——在高大的筒仓顶部移动谷物。

玉米或小麦堆积成山的高楼，粮仓在中西部随处可见。通常，需要有人拿着铲子进去打散谷物，并整平里面的堆积物。

“由于谷物移位导致人员被困，导致大量死亡。机器人可以代替人做这项工作。然而，这些筒仓都是易爆的，一个电火花就能炸毁一个筒仓，所以电子机器人可能不是最佳选择”，格罗弗说。“我想制造一个气动机器人，可以在这种易爆环境中工作，不会产生任何火花，并将人类置于危险之外。”

气动计算是一个至少存在了一个世纪的想法。人们过去常常制作气动钢琴，可以从打孔的纸卷中播放音乐。在现代计算兴起之后，工程师们对气动电路失去了兴趣。

“一旦新技术占据主导地位，我们就会忽略其他解决方案，”格罗弗说。“我喜欢这项研究的原因之一是，它可以向世界展示，在今天的某些情况下，一百多年前的想法仍然有用。”

参考文献：“气动系统中用于错误检测的空气动力逻辑电路”，作者：Shane Hoang、Mabel Shehada、Zinal Patel、Minh-Huy Tran、Konstantinos Karydis、Philip Brisk 和 William H. Grover，2024 年 8 月 12 日，《设备》。DOI: 10.1016/j.device.2024.100507