Компьютер который работает с водой

Водяной компьютер симулировал экономику 70 лет назад

Когда-то деревья были выше, трава — зеленее, а компьютеры работали на воде. MONIAC, построенный в 1949 году, анализировал экономические данные, используя гидравлику. Вода текла по трубам и резервуарам, позволяя делать прогнозы в экономике. Семифутовая машина Руба Голдберга казалась странным способом делать вычисления в этой сфере, но, как объясняет историк Дорон Свейд, студент Билл Филипп хотел визуализировать рынок, а в те времена мониторов у компьютеров не было.

Различные емкости представляют институты экономики, такие как банки, потребительские расходы, сбережения, налоги, иностранные холдинги и другие. Как объясняет МакРоби, если вы обнаружите, что у граждан слишком много денег — сосуд переполнен — можно расширить клапан и имитировать падение цен на акции, как бы поощряя инвестиции.

Всего было построено 14 машин. Сейчас работать могут две из них: одна расположена в Кембриджском университете, вторая — в Музее Федерального резервного банка Новой Зеландии. На видео ниже — профессор Кембриджа Аллан МакРоби демонстрирует машину в 2004 году.

На сайте Кембриджского университета вы можете посмотреть лекцию с подробным описанием принципов работы Moniac. Есть также программная симуляция компьютера.

MONIAC был не первым водяным компьютером. В 1936 советский изобретатель Владимир Лукьянов представил гидроинтегратор. Гидроинтегратор Лукьянова представлял собой систему трубок с водой, позволяющую решать дифференциальные уравнения с частными производными. Подробно о водяных вычислительных машинах читайте в журнале Наука и жизнь.

Источник

Советский компьютер, работавший на воде

Свой первый гидроинтегратор Владимир Лукьянов создал в 1936 году, и пользоваться им продолжали вплоть до конца восьмидесятых. Этот аналоговый компьютер сумел составить конкуренцию своим электронным собратьям.

При помощи компьютера, работавшего на воде, решали сложные дифференциальные уравнения в области строительства дорог и не только. Благодаря его работе стали возможны такие грандиозные постройки, как БАМ и Каракумский канал. Как же работал советский компьютер, не требовавший электричества?

Какие проблемы пытался решить при помощи своего гидроинтегратора Лукьянов

Едва окончив институт и начав работать инженером, Лукьянов Владимир Сергеевич попал на стройку железных дорог. Там инженер заметил одну особенность — уложенные по всем правилам железобетонные конструкции быстро начинали трескаться. К тому же работать с этими конструкциями можно было только летом. Зимой их установка приводила к печальным последствиям. Тогда Лукьянов понял, что всё дело в неправильном подборе температурного режима при закладке бетона.

Методы расчётов температурного режима в тридцатые годы оставляли желать лучшего. Для решения задач строительства использовали сложные дифференциальные уравнения частных производных. Поиск ответа к поставленной задаче занимал не один час. Нужно было что-то менять, чтобы строительство советских дорог стало более быстрым. Взяв за основу работы других учёных, в частности Николая Павловского, Лукьянов провёл масштабные исследования. Тогда он понял, что один физический процесс можно заменить другим, аналогичным. К примеру, движение воды весьма схоже с распространением тепла. Вооружившись этим принципом, Владимир Лукьянов создал аналоговый компьютер — гидроинтегратор.

Как работал интегратор Лукьянова

Для решения сложных дифференциальных уравнений Владимир Сергеевич построил гидроинтегратор. Принцип работы его весьма прост, но в то же время изящен. Основу машины составляли сосуды определённого объёма. Друг с другом они соединялись посредством трубок, подключённых к двигающимся сосудам. Кстати, трубки обладали изменяемыми гидравлическими сопротивлениями. Поднимаясь и опускаясь, эти сосуды изменяли в основных водный напор. Примечательно, что вся система была разборная и состояла из блоков, собирая которые, решали различные задачи.

Перед началом работы гидроинтегратора составлялась расчётная схема процесса. А уже согласно ней устройство из сосудов и трубок собиралось работником. Отношения между частями гидроинтегратора описывались формулами, одинаковыми с исходным процессом. Условия, поставленные в начале для решения, задавались для одной группы сосудов. После их наполняли жидкостью, которая перетекала в другую группу сосудов. Измерение уровня последних и было ответом на поставленную задачу, представленным в виде графика. Можно сказать, что благодаря трубкам и сосудам учёные моделировали различные процессы.

Усовершенствования гидравлического интегратора Лукьянова

Первая модель гидроинтегратора решала только одномерные задачи. Но уже в 1941 Владимир Лукьянов усовершенствовал свой компьютер, работающий на воде. С его помощью стало возможно решение двухмерных задач, а после — и трёхмерных. Спустя всего восемь лет после этого в столице создали институт «НИИСЧЁТМАШ». Там занялись подготовкой гидроинтеграторов к массовому производству. Учёные института разработали новую конструкцию из унифицированных блоков, позволявших собрать интегратор под разные задачи. Примечательно, что не только советские конструкторы и учёные пользовались аналоговым компьютером Лукьянова.

Наладив серийное производство гидравлических интеграторов в СССР, изобретением решили поделиться с миром. Гидроинтеграторы Лукьянова отправлялись в Польшу, Китай, Чехословакию, Болгарию и в другие страны. Там их применяли для решения задач в геологии, металлургии, шахтостроении, теплофизике и ракетостроении. Однако всё-таки самые крупные проекты, чьи задачи решил гидроинтегратор, были построены в СССР.

Мощности интегратора Лукьянова использовали во время строительства БАМа и Каракумского канала. Также расчёты, сделанные на нём, помогли построить Саратовскую ГЭС. Компьютер, работавший на воде, с успехом решил проблемы, возникшие при строительстве станции. Дело в том, что она была первой построенной из цельных железобетонных блоков. Они были надёжны, но тяжелы в производстве. А гидроинтегратор Лукьянова помог решить проблему вызревания блоков без образования трещин. Однако с развитием мощностей ЭВМ нужда в гидроинтеграторах отпала.

Как популярность «водяного» компьютера пошла на спад

К середине семидесятых годов интеграторы Лукьянова использовались по всей стране. Но в восьмидесятые в НИИ начали появляться первые компьютеры ЭВМ. Конечно, они не обладали такой мощностью и быстротой, как гидроинтеграторы, — последние продолжали использовать на различных предприятиях вплоть до конца восьмидесятых.

В то время ЭВМ стали развиваться, и их мощность повысилась. Решение вычислительных задач у новых компьютеров было в разы выше, чем у гидроинтегратора. Вскоре ими совсем перестали пользоваться. Сегодня, чтобы увидеть пару гидроинтеграторов Лукьянова, стоит посетить экспозицию московского Политехнического музея.

Источник

Создан компьютер, который работает на каплях жидкости

Компьютеры и вода обычно не совместимы друг с другом, но только не в лаборатории Ману Пракаша (Manu Prakash), доцента биоинженерии в Стэнфордском университете. Вместе со своими студентами он сконструировал синхронный компьютер, который работает используя уникальную физику движущихся капель.

Разработка компьютера заняла почти десять лет. Идея пришла Пракашу ещё в его бытность студентом. В итоге, ему удалось воплотить её в жизнь, используя знания гидродинамики и компьютерной техники.

В этом компьютере используются капли из ферромагнитной жидкости — фактически, это маленькие жидкие магниты. Капли сделаны путём добавления в воду магнитных наночастиц. Они находятся во вращающемся магнитном поле, которое работает как генератор тактовых импульсов, синхронизируя все капли.

По своей универсальной природе, компьютер на каплях жидкости, теоретически, может выполнять все те же логические операции, что и обычный электронный компьютер, хотя и с заметно меньшей скоростью. Тем не менее, разработчики выражают довольно амбициозные планы по поводу своего детища.

«У нас уже есть цифровые компьютеры для обработки информации. Наша цель не конкурировать с электронными машинами или запускать текстовый редактор на этом, — говорит Ману Пракаш. — Наша цель в создании полностью нового класса компьютеров, которые могут точно контролировать и манипулировать физической материей. Представьте, если вы запускаете ряд вычислений, где не только обрабатывается информация, но осуществляются алгоритмические манипуляции также и с физическим веществом. Мы только что сделали это возможным в мезомасштабном виде».

Возможность точно контролировать капли через жидкостные вычисления может пригодиться в разных областях, от биологии до химии. Например, такой компьютер может играть роль мини-лаборатории. Вместо тестирования реактивов в громоздких пробирках, каждая капля может нести в себе специфический химикат и сама себе будет пробиркой, а управление каплями обеспечивает беспрецедентный уровень контроля над такой «лабораторией».

Научная работа «Synchronous universal droplet logic and control» опубликована в журнале Nature Physics, DOI: 10.1038/nphys3341 (зеркало).

Источник

Советский компьютер, работавший на воде

Свой первый гидроинтегратор Владимир Лукьянов создал в 1936 году, и пользоваться им продолжали вплоть до конца восьмидесятых. Этот аналоговый компьютер сумел составить конкуренцию своим электронным собратьям.

При помощи компьютера, работавшего на воде, решали сложные дифференциальные уравнения в области строительства дорог и не только. Благодаря его работе стали возможны такие грандиозные постройки, как БАМ и Каракумский канал. Как же работал советский компьютер, не требовавший электричества?

Какие проблемы пытался решить при помощи своего гидроинтегратора Лукьянов

Едва окончив институт и начав работать инженером, Лукьянов Владимир Сергеевич попал на стройку железных дорог. Там инженер заметил одну особенность — уложенные по всем правилам железобетонные конструкции быстро начинали трескаться. К тому же работать с этими конструкциями можно было только летом. Зимой их установка приводила к печальным последствиям. Тогда Лукьянов понял, что всё дело в неправильном подборе температурного режима при закладке бетона.

Методы расчётов температурного режима в тридцатые годы оставляли желать лучшего. Для решения задач строительства использовали сложные дифференциальные уравнения частных производных. Поиск ответа к поставленной задаче занимал не один час. Нужно было что-то менять, чтобы строительство советских дорог стало более быстрым. Взяв за основу работы других учёных, в частности Николая Павловского, Лукьянов провёл масштабные исследования. Тогда он понял, что один физический процесс можно заменить другим, аналогичным. К примеру, движение воды весьма схоже с распространением тепла. Вооружившись этим принципом, Владимир Лукьянов создал аналоговый компьютер — гидроинтегратор.

Как работал интегратор Лукьянова

Для решения сложных дифференциальных уравнений Владимир Сергеевич построил гидроинтегратор. Принцип работы его весьма прост, но в то же время изящен. Основу машины составляли сосуды определённого объёма. Друг с другом они соединялись посредством трубок, подключённых к двигающимся сосудам. Кстати, трубки обладали изменяемыми гидравлическими сопротивлениями. Поднимаясь и опускаясь, эти сосуды изменяли в основных водный напор. Примечательно, что вся система была разборная и состояла из блоков, собирая которые, решали различные задачи.

Перед началом работы гидроинтегратора составлялась расчётная схема процесса. А уже согласно ней устройство из сосудов и трубок собиралось работником. Отношения между частями гидроинтегратора описывались формулами, одинаковыми с исходным процессом. Условия, поставленные в начале для решения, задавались для одной группы сосудов. После их наполняли жидкостью, которая перетекала в другую группу сосудов. Измерение уровня последних и было ответом на поставленную задачу, представленным в виде графика. Можно сказать, что благодаря трубкам и сосудам учёные моделировали различные процессы.

Усовершенствования гидравлического интегратора Лукьянова

Первая модель гидроинтегратора решала только одномерные задачи. Но уже в 1941 Владимир Лукьянов усовершенствовал свой компьютер, работающий на воде. С его помощью стало возможно решение двухмерных задач, а после — и трёхмерных. Спустя всего восемь лет после этого в столице создали институт «НИИСЧЁТМАШ». Там занялись подготовкой гидроинтеграторов к массовому производству. Учёные института разработали новую конструкцию из унифицированных блоков, позволявших собрать интегратор под разные задачи. Примечательно, что не только советские конструкторы и учёные пользовались аналоговым компьютером Лукьянова.

Наладив серийное производство гидравлических интеграторов в СССР, изобретением решили поделиться с миром. Гидроинтеграторы Лукьянова отправлялись в Польшу, Китай, Чехословакию, Болгарию и в другие страны. Там их применяли для решения задач в геологии, металлургии, шахтостроении, теплофизике и ракетостроении. Однако всё-таки самые крупные проекты, чьи задачи решил гидроинтегратор, были построены в СССР.

Мощности интегратора Лукьянова использовали во время строительства БАМа и Каракумского канала. Также расчёты, сделанные на нём, помогли построить Саратовскую ГЭС. Компьютер, работавший на воде, с успехом решил проблемы, возникшие при строительстве станции. Дело в том, что она была первой построенной из цельных железобетонных блоков. Они были надёжны, но тяжелы в производстве. А гидроинтегратор Лукьянова помог решить проблему вызревания блоков без образования трещин. Однако с развитием мощностей ЭВМ нужда в гидроинтеграторах отпала.

Как популярность «водяного» компьютера пошла на спад

К середине семидесятых годов интеграторы Лукьянова использовались по всей стране. Но в восьмидесятые в НИИ начали появляться первые компьютеры ЭВМ. Конечно, они не обладали такой мощностью и быстротой, как гидроинтеграторы, — последние продолжали использовать на различных предприятиях вплоть до конца восьмидесятых.

В то время ЭВМ стали развиваться, и их мощность повысилась. Решение вычислительных задач у новых компьютеров было в разы выше, чем у гидроинтегратора. Вскоре ими совсем перестали пользоваться. Сегодня, чтобы увидеть пару гидроинтеграторов Лукьянова, стоит посетить экспозицию московского Политехнического музея.

Если вам понравился этот материал, пожалуйста, поделитесь им с друзьями! Будем рады, если вы подпишитесь на наш канал . Спасибо 🙂

Источник