کامپیوتر بادی جدید در برابر خرابی دستگاه ها مبارزه می کند و خطر سکته و لخته خون را کاهش می دهد

محققان یک کامپیوتر بادی انقلابی را معرفی کرده‌اند که برای تشخیص نقص در دستگاه‌های پزشکی طراحی شده است.

این پیشرفت نوآورانه می‌تواند ایمنی و مقرون‌به‌صرفه بودن در بخش مراقبت‌های بهداشتی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

این اختراع جدید از قدرت فناوری پنوماتیک برای عملکرد استفاده می‌کند و اخطارهای حیاتی صادر می‌کند که به طور بالقوه روش نظارت بر تجهیزات پزشکی را متحول می‌کند.

ظهور دقت پنوماتیک

کامپیوتر بادی نمایانگر یک تغییر مهم از سیستم‌های مبتنی بر الکترونیک سنتی است. به جای تکیه بر حسگرهای الکترونیکی پرهزینه و اغلب شکننده، این دستگاه جدید از هوای فشرده برای انجام وظیفه مهم نظارت بر ماشین‌های فشرده‌سازی متناوب پنوماتیک (IPC) استفاده می‌کند.

ماشین‌های IPC، که معمولاً برای جلوگیری از لخته‌های خونی و سکته مغزی استفاده می‌شوند، با باد کردن اینترمیتی دستکش‌های پا برای ترویج جریان خون کار می‌کنند. اثربخشی آن‌ها در پیشگیری از شرایط جدی مانند گرفتگی عروق خونی یا سکته مغزی به خوبی اثبات شده است. با این حال، تکیه آن‌ها به قطعات الکترونیکی باعث می‌شود تا نگهداری آن‌ها هم پرهزینه و هم پیچیده باشد.

ویلیام گروور، استادیار مهندسی زیستی در UC Riverside و نویسنده مسئول این مقاله، بر مزایای مالی و عملیاتی این نوآوری تاکید کرد.

«دستگاه‌های IPC می‌توانند زندگی‌ها را نجات دهند، اما تمامی قطعات الکترونیکی درون آن‌ها آن‌ها را گران می‌کند. بنابراین، ما تصمیم گرفتیم یک دستگاه پنوماتیک توسعه دهیم که برخی از قطعات الکترونیکی را حذف کند تا این دستگاه‌ها را ارزان‌تر و ایمن‌تر کنیم»، گروور در بیانیه مطبوعاتی گفت.

با استفاده از منطق پنوماتیک به جای الکترونیک، گروور و تیمش دستگاهی طراحی کرده‌اند که هم فرآیند نظارت را ساده‌تر می‌کند و هم آن را قابل‌اعتمادتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌سازد.

چگونه کار می‌کند: منطق هوایی ملاقات می‌کند با تشخیص خطا

سیستم‌های پنوماتیک، که از هوای فشرده برای انجام وظایف مختلف استفاده می‌کنند، به خوبی برای کاربردهایی مثل ترمزهای اضطراری در قطارهای باری و تلمبه‌های دوچرخه شناخته شده‌اند. رویکرد تیم، این اصول را با محاسبات قدرت بادی برای نظارت بر دستگاه‌های IPC ادغام می‌کند.

هسته این نوآوری در استفاده از اختلاف فشار هوا در 21 دریچه کوچک برای شمارش سیگنال‌های باینری—یک‌ها و صفرها نهفته است. این روش مشابه مدارهای الکترونیکی کار می‌کند اما بدون نیاز به قطعات الکترونیکی.

همانطور که گروور توضیح می‌دهد، «بیایید بگوییم من می‌خواهم پیامی را به صورت یک‌ها و صفرها ارسال کنم، مانند 1-0-1، سه بیت. دهه‌ها پیش، مردم متوجه شدند که می‌توانند این سه بیت را با یک قطعه اضافی اطلاعات ارسال کنند تا اطمینان حاصل کنند که گیرنده پیام صحیح را دریافت کرده است.»

این قطعه اضافی اطلاعات به عنوان بیت برابری شناخته می‌شود که به تأیید صحت پیام ارسال شده کمک می‌کند.

کامپیوتر بادی از این مفهوم استفاده می‌کند با نظارت بر تغییرات فشار هوا برای تشخیص خطاها. اگر سیستم یک ناهنجاری را شناسایی کند، یک سوت را به صدا در می‌آورد و کاربران را از مشکلات بالقوه دستگاه IPC مطلع می‌کند.

در یک نمایش ویدئویی، گروور و تیمش نشان دادند که کامپیوتر بادی در حالت عمل است، با به صدا درآوردن سوت به موقع زمانی که یک دستگاه IPC عمداً آسیب دیده بود.

«این دستگاه تقریباً به اندازه یک جعبه کبریت است. جایگزین چندین حسگر و همچنین یک کامپیوتر می‌شود»، گروور در بیانیه مطبوعاتی خاطرنشان کرد. «بنابراین، ما می‌توانیم هزینه‌ها را کاهش دهیم در حالی که همچنان مشکلات را در یک دستگاه تشخیص می‌دهیم. و همچنین می‌توان از آن در محیط‌های با رطوبت بالا یا دماهای بالا که برای الکترونیک مناسب نیستند، استفاده کرد.»

فراتر از نظارت پزشکی: کاربردهای آینده

گروور در حال حاضر کاربرد آن را در محیط‌هایی که برای دستگاه‌های الکترونیکی سنتی خطرناک هستند تصور می‌کند. یکی از این پروژه‌ها شامل ایجاد یک روبات بادی برای سیلوهای غلات است، یک کار رایج و خطرناک در کشاورزی.

سیلوهای غلات، به ویژه در نواحی میانه غربی، به دلیل نیاز به مداخله دستی برای مدیریت و تجدید توزیع غلات ذخیره شده، خطرات قابل توجهی دارند. این اغلب مستلزم ورود به سیلوها با بیل است، که یک عمل مخاطره‌آمیز است زیرا دانه‌های جابجا شده می‌توانند کارگران را گرفتار و خفه کنند.

«یک تعداد زیادی مرگ و میرها به دلیل جابجایی غلات و گیر کردن افراد رخ می‌دهد. یک روبات می‌تواند این کار را به جای یک انسان انجام دهد. با این حال، این سیلوها قابل انفجار هستند و یک جرقه الکتریکی کوچک می‌تواند یک سیلو را منفجر کند، بنابراین یک روبات الکترونیکی ممکن است بهترین انتخاب نباشد»، گروور گفت.

هدف او توسعه یک روبات بادی است که در محیط‌های قابل انفجار به طور ایمن عمل می‌کند، خطر جرقه‌ها را حذف می‌کند و شرایط کاری ایمن‌تری را فراهم می‌سازد.

احیای یک فناوری کلاسیک

تاریخاً، سیستم‌های بادی در انواع مختلف دستگاه‌های مکانیکی، مانند پیانوهایی که با رول‌های کاغذی پانچ شده کار می‌کردند، استفاده می‌شدند. با ظهور الکترونیک مدرن، این رویکردهای پنوماتیک جذابیت خود را از دست دادند.

با این‌ حال، تحقیقات گروور نشان می‌دهد که فناوری‌های صد ساله هنوز هم می‌توانند در زمینه‌های خاصی راه‌حل‌های ارزشمندی ارائه دهند.

گروور تأمل می‌کند: «وقتی یک فناوری جدید مسلط می‌شود، ما آگاهی از راه‌حل‌های دیگر برای مشکلات را از دست می‌دهیم. یکی از چیزهایی که در مورد این تحقیق دوست دارم این است که می‌تواند به جهان نشان دهد که امروز نیز موقعیت‌هایی وجود دارد که ایده‌های بیش از 100 ساله هنوز هم می‌توانند مفید باشند.»

تحقیقات در مجله Device منتشر شده است.