Fluídica

La fluídica , o lógica fluídica , es el uso de un fluido para realizar operaciones analógicas o digitales similares a las que se realizan con la electrónica .

Un módulo con dos flujos de entrada en la parte superior, un depósito de salida AND en el medio y un flujo de salida XOR en la parte inferior.

La base física de la fluídica es la neumática y la hidráulica , basada en la base teórica de la dinámica de fluidos . El término fluídica se usa normalmente cuando los dispositivos no tienen partes móviles , por lo que los componentes hidráulicos ordinarios, como cilindros hidráulicos y válvulas de carrete, no se consideran ni se denominan dispositivos fluídicos.

Un chorro de fluido puede ser desviado por un chorro más débil que lo golpea lateralmente. Esto proporciona una amplificación no lineal , similar al transistor utilizado en la lógica digital electrónica. Se utiliza principalmente en entornos donde la lógica digital electrónica no sería confiable, como en sistemas expuestos a altos niveles de interferencia electromagnética o radiación ionizante .

La nanotecnología considera la fluídica como uno de sus instrumentos. En este dominio, los efectos como las fuerzas de la interfaz fluido-sólido y fluido-fluido son a menudo muy importantes. Los fluidos también se han utilizado para aplicaciones militares.

En 1957, a Billy M. Horton de los Laboratorios Harry Diamond (que más tarde se convirtió en parte del Laboratorio de Investigación del Ejército ) se le ocurrió por primera vez la idea del amplificador de fluidos cuando se dio cuenta de que podía redirigir la dirección de los gases de combustión utilizando un pequeño fuelle. . [1] Propuso una teoría sobre la interacción de la corriente, afirmando que se puede lograr la amplificación desviando una corriente de fluido con una corriente de fluido diferente. En 1959, Horton y sus asociados, el Dr. RE Bowles y Ray Warren, construyeron una familia de amplificadores de vórtice en funcionamiento con jabón, linóleo y madera. [2] Su resultado publicado llamó la atención de varias industrias importantes y generó un gran interés en la aplicación de fluidos (entonces llamado amplificación de fluidos) a sistemas de control sofisticados, que duró durante la década de 1960. [3] [4] A Horton se le atribuye el desarrollo del primer dispositivo de control de amplificador de fluidos y el lanzamiento del campo de la fluídica. [5] En 1961, Horton, Warren y Bowles se encontraban entre los 27 destinatarios que recibieron el primer Premio al Logro en Investigación y Desarrollo del Ejército por desarrollar el dispositivo de control del amplificador de fluidos. [6]

Se pueden construir puertas lógicas que usen agua en lugar de electricidad para alimentar la función de puerta. Estos dependen de que se coloquen en una orientación para funcionar correctamente. Una puerta OR es simplemente dos tuberías que se fusionan, y una puerta NOT (inversor) consiste en "A" que desvía una corriente de suministro para producir Ā. Las puertas AND y XOR se dibujan en el diagrama. También se podría implementar un inversor con la puerta XOR, como A XOR 1 = Ā. [7]

Otro tipo de lógica fluídica es la lógica de burbujas . Las puertas lógicas de burbujas conservan el número de bits que entran y salen del dispositivo, porque las burbujas no se producen ni se destruyen en la operación lógica, análoga a las puertas de computadora de bola de billar . [8]

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Un video que simula el flujo interno de un oscilador de retroalimentación fluídica.

Amplificadores

Amplificador de fluidos, que muestra flujo en ambos estados, de la patente de EE.UU. 4,000,757 .

En un amplificador fluídico, un suministro de fluido, que puede ser aire, agua o fluido hidráulico , ingresa por la parte inferior. La presión aplicada a los puertos de control C 1 o C 2 desvía la corriente, de modo que sale por el puerto O 1 o O 2 . El flujo que ingresa a los puertos de control puede ser mucho más débil que el flujo que se desvía, por lo que el dispositivo tiene ganancia .

Este dispositivo básico se puede utilizar para construir otros elementos lógicos fluídicos, así como osciladores fluídicos que se pueden utilizar de forma análoga como chanclas . [9] Así se pueden construir sistemas simples de lógica digital.

Los amplificadores fluídicos suelen tener anchos de banda en el rango bajo de kilohercios , por lo que los sistemas construidos a partir de ellos son bastante lentos en comparación con los dispositivos electrónicos.

Triodos

El triodo fluídico es un dispositivo de amplificación que utiliza un fluido para transmitir la señal . El triodo fluídico fue inventado en 1962 por Murray O. Meetze, Jr., un estudiante de secundaria en Heath Springs, SC, quien también construyó un diodo de fluido, un oscilador de fluido y una variedad de "circuitos" hidráulicos, incluido uno que no tiene componentes electrónicos. contrapartida. [10] Los triodos fluídicos se utilizaron como etapa final en el sistema principal de megafonía en la Feria Mundial de Nueva York de 1964 . [ cita requerida ]

Aunque se han estudiado mucho en el laboratorio, tienen pocas aplicaciones prácticas. Muchos esperan que sean elementos clave de la nanotecnología .

La Computadora MONIAC construida en 1949 era una computadora analógica basada en fluidos utilizada para enseñar principios económicos, ya que podía recrear simulaciones complejas que las computadoras digitales no podían. De doce a catorce fueron construidos y adquiridos por empresas y establecimientos de enseñanza.

La computadora FLODAC fue construida en 1964 como una prueba de concepto de computadora digital fluida. [11]

Los componentes fluídicos aparecen en algunos sistemas hidráulicos y neumáticos, incluidas algunas transmisiones automáticas automotrices . A medida que la lógica digital se ha vuelto más aceptada en el control industrial, el papel de la fluídica en el control industrial ha disminuido.

En el mercado de consumo, los productos controlados por fluidos están aumentando tanto en popularidad como en presencia, instalados en artículos que van desde pistolas rociadoras de juguete hasta cabezales de ducha y chorros de hidromasaje; todos proporcionan corrientes de aire o agua oscilantes o pulsantes.

La lógica de fluidos se puede utilizar para crear una válvula sin partes móviles, como en algunas máquinas de anestesia . [12]

Se utilizaron osciladores fluídicos en el diseño de ventiladores de emergencia activados por presión e imprimibles en 3D para la pandemia de COVID-19 . [13] [14] [15]

Los amplificadores de fluidos se utilizan para generar ultrasonido para pruebas no destructivas al cambiar rápidamente aire presurizado de una salida a otra. [dieciséis]

Se está investigando la inyección de fluidos para su uso en aviones para controlar la dirección, de dos maneras: control de circulación y vectorización de empuje . En ambos, las piezas mecánicas más grandes y complejas son reemplazadas por sistemas fluídicos, en los que las fuerzas más grandes en los fluidos son desviadas por chorros más pequeños o flujos de fluido intermitentemente, para cambiar la dirección de los vehículos. En el control de la circulación, cerca de los bordes de salida de las alas, los sistemas de control de vuelo de avión tales como alerones , elevadores , timones , aletas y flaperones se sustituyen por ranuras que emiten flujos de fluido. [17] [18] [19] En la vectorización de empuje , en las boquillas de los motores a reacción , las piezas giratorias se reemplazan por ranuras que inyectan fluidos de fluido en los chorros. [20] Estos sistemas desvían el empuje a través de los efectos de los fluidos. Las pruebas muestran que el aire forzado en la corriente de escape de un motor a reacción puede desviar el empuje hasta 15 grados. [20] En tales usos, la fluídica es deseable para menores: masa, costo (hasta un 50% menos), resistencia (hasta un 15% menos durante el uso), inercia (para una respuesta de control más rápida y fuerte), complejidad (mecánicamente más simple, menos o ninguna superficie o piezas móviles, menos mantenimiento) y sección transversal de radar para el sigilo . Esto probablemente se utilizará en muchos vehículos aéreos no tripulados (UAV), aviones de combate de sexta generación y barcos .

BAE Systems ha probado dos aviones no tripulados controlados por fluidos, uno a partir de 2010 llamado Demon , [21] [22] y otro a partir de 2017 llamado MAGMA , con la Universidad de Manchester . [23]

Octobot , una prueba de concepto de cuerpo blando robot autónomo que contiene una microfluidos circuito lógico , ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad de Harvard 's Wyss Instituto de Ingeniería Inspirada Biológicamente . [24]


  • Integrador de agua
  • Microfluidos
  • Bio-MEMS
  • Laboratorio en un chip
  • MONIAC
  • DRELOBA  [ de ]
  • FLODAC
  • SAMSOMATIK
  • UNALOG
  • Computación no convencional
  • USEPPA

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