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 .
La base física de la fluídica es la neumática y la hidráulica , basadas en el fundamento teórico de la dinámica de fluidos . El término fluídica se utiliza normalmente cuando los dispositivos no tienen partes móviles , por lo que los componentes hidráulicos ordinarios, como los cilindros hidráulicos y las válvulas de carrete, no se consideran ni se hace referencia a ellos como dispositivos fluídicos.
Un chorro de fluido puede ser desviado por un chorro más débil que lo golpea en un costado. 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 ámbito, los efectos como las fuerzas de interfaz fluido-sólido y fluido-fluido suelen ser muy significativos. La fluídica también se ha utilizado en aplicaciones militares.
En 1920, Nikola Tesla patentó un conducto valvular o válvula Tesla que funciona como un diodo fluídico. Era un diodo con fugas, es decir, el flujo inverso no es cero para cualquier diferencia de presión aplicada. La válvula de Tesla también tenía una respuesta no lineal, ya que su diodicidad dependía de la frecuencia. Podría usarse en circuitos de fluidos, como un rectificador de onda completa, para convertir CA en CC. [1] En 1957, Billy M. Horton de los Laboratorios Harry Diamond (que luego se convirtieron en parte del Laboratorio de Investigación del Ejército ) fue el primero en tener la idea del amplificador fluídico cuando se dio cuenta de que podía redirigir la dirección de los gases de combustión utilizando un pequeño fuelle . [2] Propuso una teoría sobre la interacción de corrientes, 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 funcionales a partir de jabón, linóleo y madera. [3] Su resultado publicado atrajo la atención de varias industrias importantes y creó un aumento del interés en la aplicación de la fluídica (entonces llamada amplificación de fluidos) a sistemas de control sofisticados, que perduró durante toda la década de 1960. [4] [5] A Horton se le atribuye el desarrollo del primer dispositivo de control de amplificador de fluidos y el lanzamiento del campo de la fluídica. [6] En 1961, Horton, Warren y Bowles estuvieron entre los 27 destinatarios que recibieron el primer Premio al Logro de Investigación y Desarrollo del Ejército por desarrollar el dispositivo de control de amplificador de fluidos. [7]
Se pueden construir puertas lógicas que utilicen agua en lugar de electricidad para alimentar la función de compuerta. Estas dependen de que se las coloque en una orientación para que funcionen correctamente. Una puerta OR es simplemente la fusión de dos conductos, y una puerta NOT (inversora) consiste en que "A" desvía una corriente de suministro para producir Ā. Las puertas AND y XOR se muestran en el diagrama. También se podría implementar un inversor con la puerta XOR, como A XOR 1 = Ā. [8]
Otro tipo de lógica fluídica es la lógica de burbujas . Las puertas de lógica de burbujas conservan la cantidad de bits que entran y salen del dispositivo, porque las burbujas no se producen ni se destruyen en la operación lógica, de manera análoga a las puertas de computadora con forma de bola de billar . [9]
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 . La corriente que ingresa a los puertos de control puede ser mucho más débil que la corriente que se desvía, por lo que el dispositivo tiene ganancia .
Este dispositivo básico puede ser utilizado para construir otros elementos de lógica fluídica, así como osciladores fluídicos que pueden ser utilizados de manera análoga a los flip flops . [10] De esta manera 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.
Se ha inventado el triodo fluídico , un dispositivo de amplificación que utiliza un fluido para transmitir la señal , al igual que los diodos fluídicos, un oscilador fluídico y una variedad de "circuitos" hidráulicos, incluido uno que no tiene contraparte electrónica. [11]
El ordenador MONIAC, construido en 1949, era un ordenador analógico basado en fluidos que se utilizaba para enseñar principios económicos, ya que podía recrear simulaciones complejas que los ordenadores digitales no podían hacer en ese momento. Se construyeron entre doce y catorce de ellos y fueron adquiridos por empresas y centros de enseñanza.
La computadora FLODAC fue construida en 1964 como una prueba de concepto de computadora digital basada en fluidos . [12]
Los componentes fluídicos aparecen en algunos sistemas hidráulicos y neumáticos, incluidas algunas transmisiones automáticas de automóviles. A medida que la lógica digital electrónica 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 jacuzzi; todos proporcionan corrientes oscilantes o pulsantes de aire o agua. También se han investigado textiles habilitados por lógica para aplicaciones en tecnología portátil . [13]
La lógica de fluidos se puede utilizar para crear una válvula sin partes móviles como en algunas máquinas de anestesia . [14]
Los osciladores fluídicos se utilizaron en el diseño de ventiladores de emergencia activados por presión, imprimibles en 3D , para la pandemia de COVID-19 . [15] [16] [17]
Los amplificadores fluídicos se utilizan para generar ultrasonidos para pruebas no destructivas al cambiar rápidamente el aire presurizado de una salida a otra. [18]
Se ha demostrado un sistema de amplificación de sonido fluídico en una sinagoga, donde no se puede utilizar la amplificación de sonido electrónica regular por razones religiosas. [19] [20]
La inyección de fluidos se está investigando para su uso en aeronaves para controlar la dirección, de dos maneras: control de circulación y vectorización de empuje . En ambos, las piezas mecánicas más grandes y complejas se reemplazan por sistemas fluídicos, en los que las fuerzas más grandes en los fluidos se desvían por chorros más pequeños o flujos de fluido de forma intermitente, para cambiar la dirección de los vehículos. En el control de circulación, cerca de los bordes de salida de las alas, los sistemas de control de vuelo de las aeronaves , como alerones , elevadores , elevones , flaps y flaperones, se reemplazan por aberturas, generalmente filas de orificios o ranuras alargadas, que emiten flujos de fluido. [21] [22] [23] En la vectorización de empuje , en las toberas de los motores a reacción , las piezas giratorias se reemplazan por aberturas que inyectan flujos de fluido en los chorros. [24] Dichos sistemas desvían el empuje a través de efectos de fluidos. Las pruebas muestran que el aire forzado en una corriente de escape de un motor a reacción puede desviar el empuje hasta 15 grados. [24] En tales usos, la fluídica es deseable por su menor 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 parte o superficie móvil, menos mantenimiento) y sección transversal de radar para sigilo . [25] [26] Es probable que esto se use en muchos vehículos aéreos no tripulados (UAV), aviones de combate de sexta generación y barcos .
A partir de 2023 [actualizar], se sabe que al menos dos países están investigando el control fluídico. En Gran Bretaña, BAE Systems ha probado dos aviones no tripulados controlados por fluidos, uno a partir de 2010 llamado Demon , [27] [28] y otro a partir de 2017 llamado MAGMA, con la Universidad de Manchester . [29] En los Estados Unidos, el programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) llamado Control de Aeronaves Revolucionarias con Nuevos Efectores (CRANE) busca "... diseñar, construir y probar en vuelo un nuevo avión X que incorpore el control de flujo activo (AFC) como una consideración de diseño principal. ... En 2023, el avión recibió su designación oficial como X-65". [30] [31] En el invierno de 2024, comenzó la construcción, en la subsidiaria de Boeing Aurora Flight Sciences . [32] En el verano de 2025, comenzarán las pruebas de vuelo. [32]
Octobot , un robot autónomo de cuerpo blando de prueba de concepto de 2016 que contiene un circuito lógico microfluídico , ha sido desarrollado por investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard . [33]
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