Ontwerp nieuwe 'nanochip' gebaseerd op Babbage-machine

Amerikaanse onderzoekers hebben een blauwdruk voor een mechanische chip gepresenteerd. Het ontwerp leunt zwaar op de ideeën van de Britse wetenschapper Charles Babbage, die in 1822 de eerste mechanische rekenmachine ontwierp.

De Amerikanen publiceerden hun bevindingen in de New Journal of Physics. Ze beschrijven daarin het ontwerp van een 'nanochip' die geen gebruik maakt van elektronische schakelingen, maar van mechanische componenten. Het uitvoeren van berekeningen gebeurt, net als in Babbages 'difference engine', met een complex van hefboompjes en tandwieltjes, alleen dan op moleculaire schaal. Momenteel zijn de wetenschappers druk bezig met het daadwerkelijk bouwen van de afzonderlijke componenten, waarbij niet alleen het ontwerp, maar ook de materiaalkeuze nog voor de nodige problemen zorgt.

Volgens medeauteur Robert Blick, professor aan de University of Wisconsin-Madison, is inmiddels bewezen dat de bouwstenen voor een mechanische 'transistor' succesvol geminiaturiseerd kunnen worden. Complete transistors, en daarmee ook grotere schakelingen, zijn volgens de prof slechts een kwestie van tijd: 'We rekenen erop dat ons werk binnen een paar jaar in commerciële toepassingen kan worden teruggevonden.' Toch hoeft de traditionele cmos-chip niet direct voor zijn positie te vrezen. De onderzoekers denken in eerste instantie aan toepassing in extreme omgevingen, zoals in de cilinder van een automotor. Ook het Amerikaanse leger is geïnteresseerd: de mechanische nanochip zou ongevoelig zijn voor elektromagnetische golven, en dus onkwetsbaar voor een EMP-aanval. Op conventionele markten zijn er echter ook voordelen voor de nanochip: de technologie zou door het lagere stroomverbruik bijvoorbeeld geschikt zijn voor mobiele toepassingen. Het zal echter nog wel even duren voordat de nanochip met hedendaagse highend-processors kan concurreren.

De oorspronkelijke Difference Engine werd overigens pas in 1991 daadwerkelijk gebouwd. Het apparaat was te complex om met negentiende-eeuwse technologie te fabriceren, maar het Londense Science Museum maakte eind vorige eeuw aan de hand van de oorspronkelijke ontwerpen een replica. Het reusachtige apparaat bleek in staat om, geheel volgens de voorspellingen, complexe berekeningen uit te voeren. Alleen het gewicht was met dertien ton iets te groot voor praktische toepassingen, maar daar hebben de Amerikaanse wetenschappers nu dus ook wat op gevonden.

Reacties (41)

[RocketKoen]

Het energiegebruik van een huidige chip wordt vooral veroorzaakt door lekstroom.
hoe kleiner de schakelingen, hoe groter dit probleem wordt.

bij een mechanische transistor is de boosdoener inertia (kracht nodig om objecten met massa te doen versnellen/afremmen). hoe kleiner deze schakeling, deste kleiner de massa. dus wordt de schakeling efficienter.

natuurlijk zijn er weer andere problemen, zoals in het artikel wordt genoemd oa de materiaalkeuze. maja...

[Mr.Aargh]

Lekstroom komen we nog steeds niet makkelijk van af, maar ook het feit dat er een continue klok is vereist energie. Een stateless design dat niet afhankelijk is van een klok maar van input verbruikt veel minder energie (tov iets met 1 miljoen cycles per seconde aka 1MHz schakeling)

[Sebazzz]

Daar heb je gelijk in, maar tergelijkertijd is zo'n CPU veel moeilijker om te produceren en bovendien veel duurder.

[HKS-Skyline]

gebruikshandleiding:

PC wekelijks olieen

[fub]

Neal Stephenson beschrijft in zijn boek 'The Diamond Age' een samenleving die gebaseerd is op nanotechnologie. De beschrijvingen die hij geeft van het 'programmeren' van allerlei nano-technologische artefacten lijkt heel erg veel op het maken van mini-difference engines. Er wordt namelijk gewerkt met zogenaamde 'rod logic': nano-tubes die verschuiven, en zo logische schakelingen implementeren.

Een mooi voorbeeld van hoe de werkelijkheid achter de science fiction aanholt.

[Verwijderd]

Babbage was ver voor zijn tijd. Ze hebben zelfs een taal na hem genoemd in eer van de eerste systeem ontwerper die over zijn budget ging en achter schedule was:

Babbage: The Language

[d-snp]

Hij schijnt ook als een van de eersten actief geluidshinder in Londen door orgeldraaiers tegengegaan te zijn. Mijn held

[Verwijderd]

Een mechanische elektronische chip op moleculair niveau, zou het ooit de snelheid van de huidige chips inhalen?
Ik denk van niet, wat jullie?

[RM-rf]

snelheid hoeft niet altijd van belang te zijn, ook zaken als energieverbruik, robuustheid, warmtegevoeligheid en schaalbaarheid kunnen een grote rol spelen bij specifieke toepassingen...
zelfs bv zoiets als biologische afbreekbaarheid, bij bepaalde 'wggooi-systemen'

denk bv aan toepassingen voor RFID chips of dergelijke toepassingen.

[boner]

nou lekker robuust. De babbage machines waren niet echt eenvoudig werkende te houden hoor. Al die radartjes en tandjes die slijten als de neten.

[Verwijderd]

moleculen en atomen 'slijten' niet zomaar. Ze gaan enkelen miljoenen jaren mee.

[Kaw]

En 1 miljoen chips die samen even groot zijn als een huidige normale chip? Ik weet het niet. Ze doen het onderzoek niet voor niets denk ik.

[barfieldmv]

Snelheid, wat is je definitie van snelheid. Als er iets makkelijk te parraleliseren valt dan is het wel mechanica. Van een beweging naar 1000 toe is makkelijk en synchroon meerdere acties uitvoeren is dus eenvoudig.

Dynamische branching en conditionele logica inbouwen zal wat moeilijker worden.
Verder is het mischien wel mogelijk om dmv mechanica heel goede analoog / digitaal convertors te bouwen op miniscule schaal.

maw het draaien van een spelletje FEAR zal wel nooit zo snel gaan, maar het crunchen van berekeningen gaat mischien wel vele malen sneller.

[svenk91]

misschien dat ze wel veel leren hiervan ondaks dat het zelf geen praktisch nut heeft.

[wizzkizz]

In oorlogsomstandigheden zit je denk ik liever met systemen die niet gevoelig zijn voor EMP-aanvallen dan met systemen die na 1 EMP-puls niet meer werken (vliegtuigen die uit de lucht komen vallen, tanks die onbruikbaar worden, voertuigen die totaal immobiel worden etc.)

Dus het heeft zeker wel praktisch nut. In een tank hoeft niet per sé een Quad-core processor, liever meerdere processoren die 'gegarandeerd' werken.

[Rinzwind]

Ja ja, EMP aanvallen worden constant uitgevoerd... Is er uberhaupt een voorbeeld van een EMP aanval bekend? Als dit mogelijk zou zijn, zou dat toch wel worden toegepast?

[Verwijderd]

Een atoombom op grond niveau heeft EMP niets meer als bij-effect sinds toch alles vernietigd word.

Echter als je er een hoog in de atmosfeer detoneerd dan legt de EMP alle elektronica plat en de fall-out is minimaal.

Er betaan ook elektromagnetische bommen, maar daar is zover ik weet niet veel info over vrijgegeven.

Het is geavanceerde oorlogvoering zonder twijfel.

@Ray:

Yep, mijn fout. Ik bedoelde een "normale" explosie en die zal inderdaad vanuit een bommenwerper gedropt worden en op een van te voren bepaalde hoogte gedetoneerd worden.

Kleinere wapens (zoals suitcase nukes) worden echter wel op grond niveau gedetoneerd.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 14:35]

[Rey Nemaattori]

Geen enkele hrattock ontplfot een nucleair wapen op de grond, aangezien de klap direct terug stuitert en een groot deel van de explsoie energie opgaat om de vuurbal omhoog te duwen....

Voor een beter effect ontplof de je bom meer dan de straal van de vuurbal boven 't doelwit....

[Rey Nemaattori]

Bij elke nucleaire ontploffing komt ook een EMP golf vrij..bij iedere bliksem komt een EMP golf vrij, in de ruimte buiten het beschermende veld van de aarde is het een en al EMP-golf(vboornamelijk opgewekt door kosmische straling)

Als je een magnetron openmaakt terwijl die aanstaan en de beveiliging omzeilt is heb je ook een EMP bom

[[eNeRGy]]

Ja, een atoombom bijvoorbeeld.

[Dutch_Razor]

Hmz, zou jij het over de hele wereld roepen als jij daadwerkelijk een EMP bom had gebruikt in Irak? Ik zou zeggen "no comment".

[darkfader]

Gebruikten ze geen EMI vanuit helicopters om auto's te stoppen?

[fevenhuis]

EMP is menig maal o.a. ingezet in de recentste oorlog in Irak door de US Army. Waarschijnlijk is de US momenteel het enigste land ter wereld wat over EMP wapentuig beschikt, men is daar al heel lang bezig met dit soort wapentuig (de amerikaanse research in simulatie van kernwapens).
Deze informatie is denk ik niet publiekenlijk verkrijgbaar maar als je de nieuwsitems etc van de laatse inval in Irak zou napluizen kun je genoeg confimatie vinden.
Als wat erover wilt vinden moet je zoeken naar berichten over uitvallende apparaten (oorlogstuig of civiele machiens etc.) en auto's en of meldigen over vreemde "stroomstoringen" tijdens de oorlog in Irak en misschien ook wat recenter in Afghanistan, Israel en Libanon.
Ik moet er wel even bij vermelden dan de verslaggevers van dit soort berichten (standaard nieuwsitems) natuurlijk niet op de hoogte zijn van dit soort zaken.

[Reactie gewijzigd door fevenhuis op 23 juli 2024 14:35]

[g4wx3]

Yep in irak is de zogenaamde "magnetron bom" inderdaad gerbuikt om alle digitale verkeer stil te leggen. Ook stroom en andere werden tijdelijk afgesneden.

Een neurtonen bom is nog is anders dan een "magnetronbom", deze heeft als hoofdzakelijk effect veel neutronen te speiden, waardoor alle levende wezens doogaan, ik weet niet of hiermee het digiverkeer word uitgeschakeld.

Maar een een neurtonenbom word dus gelanceerd met een miniatoombom om de neutronenprodutie reactie op gang te brengen.

Neuronen zijn ongeladen deeltjes, ongeveer de grote van watersof, met als gevolge dat als ze botsen tegen watersof, waterstof bijna de voledige energie overneemt. Aangezien waterstof voorkomt in water, H2O krijgt H2O veel energie= veel warmt => koken =>dood

[Verwijderd]

Je bedoelt neme in aan Neutronen?
neuronen zijn toch hersencellen ofzoiets

[My-life]

De onderzoekers denken in eerste instantie aan toepassing in extreme omgevingen, zoals in de cylinder van een automotor. Ook het Amerikaanse leger is geïnteresseerd: de mechanische nanochip zou ongevoelig zijn voor elektromagnetische golven, en dus onkwetsbaar voor een EMP-aanval. Op conventionele markten zijn er echter ook voordelen voor de nanochip: de technologie zou door het lagere stroomverbruik bijvoorbeeld geschikt zijn voor mobiele toepassingen. Het zal echter nog wel even duren voordat de nanochip met hedendaagse highend-processors kan concurreren.

...

[Sebazzz]

Ik vraag me af, zou zo'n chip ook warmte genereren? En zou de chip ook geluid maken?
Moet je hem ook olien?

[freaq]

hitte wel , geluid erg weinig denk ik, en als het het maakt in hoorbare db's dan is de frequentie wss te hoog... olie... geen id

[Punkie]

De onderzoekers denken in eerste instantie aan toepassing in extreme omgevingen, zoals in de cylinder van een automotor.

Hmm, en wat met de trillingen dan? Een mechanische chip zal zeker wel last hebben van plotse bewegingen, zwaartekracht, materiaalmoeiheid, slijtage,... Maw, inbouwen in een automotor is niet de juiste plek, hiervoor zijn chips gebaseerd op elektriciteit juist veel beter.

[Verwijderd]

Ik vermoed dat op nano-schaal de kracht van de constructie in verhouding gigantisch groot is.

Slijtage is bijvoorbeeld niets anders het langzaam maar zeker 'afschaven' van losse moleculen. En ik vermoed dat de tandwieltjes hier 1 molecuul groot worden ofzo, dus dan zou je de hele tand er in een keer af moeten breken.

[Verwijderd]

En ik vermoed dat de tandwieltjes hier 1 molecuul groot worden ofzo

Een tandwiel heeft tanden, dus een tandwiel bestaande uit één molecuul is mijns inziens onmogelijk.


edit: Doh! Verwarde ik

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 14:35]

[FriXion]

Tuurlijk niet. Als elk tandje een atoom is (of meerdere) dan kan het gewoon hoor.

[g4wx3]

mischien kunnen ze biomoleculen gebruiken, zoals eiwitten, en als ze een beetje DNA erbij stoppen kunnen deze zichzelf repareren, verbeteren, van energie voorzien,... hmm nog even wachtyen tot 2110

[supergrover]

Erg cool om zoiets op nano-schaal te bouwen!

[Rey Nemaattori]

't origineel ziet er zo uit:

http://upload.wikimedia.o...50114_2529_difference.jpg

Da's dus een flinke jongen geweest...gezien het aantal bewegende delen zou 't apparaat nog steeds enige honderduizende moleculen groot zijn?

[Reactie gewijzigd door Rey Nemaattori op 23 juli 2024 14:35]

[xdcx]

die hebk in het echt gezien, en ook een soort van replica die werkte dat was cool

maar even ontopic: ik heb zat scheikunde gehad, maar dus niet genoeg nanotechnologie om me te kunnen voorstellen welke implicaties erbij komen kijken.

De huidige chips zijn gebaseerd op materiaaleigenschappen bij 'stukken' materiaal, we kunnen nog maar een paar keer verkleinen voordat de losse moleculen bij zo weinig van hun soort zitten dat er gekke dingen gaan gebeuren ipv dat het werkt volgens de scheikunde. (Met gekke dingen dus actie reactie op moleculair niveau.)

Waar ze nu naar onderzoeken is dus op moleculair niveau das dus een eind kleiner. Alleen bij mechanisch hebk dan wel weer mn vraagtekens, maar als ik mij dit weer voorstel als iets als bijv trillen van moleculen dan heb ik er wel vertrouwen in.

de 1000x zo klein en dan dezelfde mogelijkheden als hedendaagse chips kan ik me voorstellen , maar inderdaad een snelheid als hedendaagse chips (nog) niet...

[SiC123]

dat babbage taaltje is toch wel nep hoop ik? anders zijn ze er niet echt serieus over...

[doskabouter]

13 ton voor een zootje tandwielen en zo? Dat lijkt me wel erg veel.