气动计算机如何预防血栓
当某些医疗设备出现故障时，一种新型气动计算机会发出警报。这项发明是一种更可靠、更低成本的预防血栓和中风的方法，而且完全不需要电子传感器。据《设备》杂志的一篇论文所述，这台计算机不仅依靠空气运行，还能利用空气发出警告。当它检测到其所监控的救生压缩机出现问题时，就会立即发出警报。
间歇性气动压缩装置或 IPC 设备是一种腿部护套，可定期充气并挤压患者的腿部以增加血流量。这可防止血栓导致血管阻塞、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，但其中的所有电子设备都使其价格昂贵。因此，我们希望开发一种可以摆脱部分电子设备的气动设备，以使这些设备更便宜、更安全，”加州大学河滨分校生物工程副教授兼论文作者 William Grover 说道。
气动装置将压缩空气从一个地方移动到另一个地方。货运列车上的紧急制动器就是这样工作的，自行车打气筒、轮胎压力计、呼吸器和 IPC 设备也是如此。对于 Grover 和他的同事来说，使用一个气动逻辑设备来控制另一个气动逻辑设备并使其更安全是合理的。
这种设备的工作方式与电子电路类似，通过进行奇偶校验位计算。“假设我想用 1 和 0 发送一条消息，比如 1-0-1，3 位，”Grover 说。“几十年前，人们意识到他们可以发送这 3 位消息，并附加一条信息，以确保接收者收到正确的消息。”
这条额外的信息称为奇偶校验位。校验位是一个数字——如果消息中包含奇数个 1，则校验位为 1；如果消息中包含偶数个 1，则校验位为 0。如果数字 1 出现在包含偶数个位的消息末尾，则表明该消息存在缺陷。许多电子计算机都以这种方式发送消息。
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 的数量。如果计数没有错误，哨子就不会吹响。
如果真的吹响了，那就说明机器需要维修了。在一段演示空中计算机的视频中，格罗弗和他的学生用刀损坏了一台 IPC 设备，使其无法使用。几秒钟后，哨子响了。
连续压缩系统，带有舒适袖套，应用于患者腿部。图片来源：Covidien/MA/USA
“该设备大约有一盒火柴大小。它取代了几个传感器和一台计算机，”格罗弗说。“因此，我们可以降低成本，同时仍能检测设备中的问题。它还可以在不适合电子产品的高湿度或高温环境中使用。”
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，Grover 想要设计一种设备，可以消除每年造成人员死亡的工作：在高筒仓顶部移动谷物。
装满玉米或小麦的高楼大厦、粮仓在美国中西部随处可见。通常，人们需要拿着铲子进入粮仓，将谷物打碎，并将里面的谷物堆平整。
“由于谷物移动，人员被困，导致大量人员死亡。机器人可以代替人完成这项工作。但是，这些筒仓易爆，一个电火花就能炸开筒仓，所以电子机器人可能不是最好的选择，”格罗弗说。“我想制造一个气动机器人，它可以在这种易爆环境中工作，不会产生任何火花，并帮助人们脱离危险。”
图示为气动逻辑装置和传感器的用途。图片来源：William Grover/UCR
气动计算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，可以用打孔的纸卷演奏音乐。现代计算兴起后，工程师们对气动电路失去了兴趣。
“一旦一项新技术占据主导地位，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，100 多年前的理念仍然有用。”
更多信息： Shane Hoang 等人，用于气动系统错误检测的气动逻辑电路，设备(2024)。DOI ：10.1016/j.device.2024.100507
日志信息： 设备
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