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Sempre più scienziati e gruppi di ricerca studiano tecniche e metodologie alternative che permettano di mandare in pensione gli elettroni nello scambio di dati e informazioni digitali, impiegando soluzioni impensabili sino a qualche anno fa. C'è chi tenta la strada della manipolazione del calore, applicando all'informatica i principi della neonata caloritronica: le informazioni viaggerebbero insieme al calore, realizzando un circuito più efficiente e che non si surriscaldi. Altri scienziati, invece, preferiscono la fotonica all'elettronica e alla caloritronica, nella speranza di realizzare chip più potenti e con una maggiore capacità di calcolo. Da Stanford arriva l'idea per un microchip a acqua. O, per essere più precisi, che utilizza microscopiche gocce d'acqua per replicare il funzionamento delle porte logiche di un processore.
L'idea è di Manu Prakash, bioingegnere dell'università statunitense, che lavora sul prototipo di computer a acqua da circa un decennio. L'idea, apparente semplice, fa uso di diversi principi e discipline fisiche: dalla microfluidodinamica alla teoria dei campi magnetici passando per la manipolazione della materia.
Questione di clock
Sconosciuto ai più, il clock è una delle componenti fondamentali di ogni sistema digitale informatico. Si tratta di un meccanismo temporale all'interno di ogni macchina informatica, utilizzato per armonizzare e sincronizzare il funzionamento delle varie parti del sistema informatico. Nell'elaborazione delle informazioni è necessario che le componenti hardware ? CPU, RAM e disco rigido in particolare ? agiscano in maniera sincrona: il clock detta i tempi di funzionamento del computer, indicando l'inizio e la fine di ogni operazione. L'intervallo tra il segnale di inizio e il segnale di fine è detto ciclo di clock: si tratta dell'unità di tempo del sistema informatico, una misura operativa che scandisce il susseguirsi di operazioni di calcolo ed elaborazione dei dati.
Clock magnetico
Se in un chip elettronico il clock è determinato dalla variazione di tensione all'interno del circuito, lo stesso non può accadere in un circuito che basa il proprio funzionamento su goccioline d'acqua. Come è noto, infatti, acqua e elettricità non vanno esattamente d'accordo. Dopo anni di studi e tentativi, il team di ricerca guidato da Manu Prakash ha optato per un campo magnetico rotante, perché in grado di creare un circuito scalabile (e quindi riproducibile su qualunque grandezza senza che la sincronizzazione con i cicli di clock ne risenta) all'interno del quale si possono controllare singolarmente tutte le gocce d'acqua presenti.
Come funziona il processore ad acqua
Il chip si compone di sottili fogli di vetro divisi da piccole barre di ferro posizionate a formare una sorta di labirinto all'interno del quale far muovere le gocce d'acqua. Gli spazi tra le barre sono prima riempiti di una sostanza oleosa, all'interno della quale sono poi iniettate le gocce d'acqua contenenti piccole nanoparticelle magnetiche.
Ed è grazie a queste nanoparticelle che l'intero sistema informatico può funzionare. Ogni qualvolta che il campo magnetico ruota e cambia segno, infatti, le nanoparticelle indirizzano la goccia d'acqua in una direzione o in un'altra, facendole così muovere all'interno dei cunicoli disegnati dalle barre di ferro. Il campo magnetico agisce da regolatore del flusso d'acqua, scandendo i vari cicli di clock e facendo sì che le gocce d'acqua si spostino in maniera sincrona. La presenza o l'assenza di una goccia d'acqua in una determinata posizione determina il valore assunto dal bit informativo nel ciclo di clock preso in analisi, con il campo magnetico ad assicurarsi che tutto avvenga in sincronia e senza intoppi.
Controllo della materia
Per come è stato pensato e realizzato, il processore ad acqua non sarà mai impiegato all'interno di un qualunque sistema informatico. Le sue dimensioni, difficilmente comprimibili oltre un certo limite fisico, lo rendono infatti molto più lento di un normale processore elettronico oggi in commercio. Il suo interesse sta però nella capacità di processare informazioni manipolando e modificando algoritmicamente la materia stessa.
Questa capacità può trovare applicazioni nei campi più disparati, ma sembra poter dare i risultati più interessanti nella biochimica. Un computer, infatti, potrebbe essere trasformato in una sorta di laboratorio chimico trasportabile, capace di eseguire autonomamente milioni di test su elementi e composti biochimici in un tempo ristretto: un singolo campo magnetico può controllare milioni di gocce d'acqua contemporaneamente e gestirle come meglio crede. In questo modo, ogni goccia potrebbe essere utilizzata a mo' di provetta, drogandola con componenti chimici da utilizzare nel corso di un determinato esperimento. Fornendo le adeguate istruzioni al campo magnetico, le gocce potrebbero essere manipolate ad hoc così da condurre simultaneamente milioni di esperimenti, risparmiando tempo e denaro.
