Kas yra Fluidika?

Skysčių ir dujų, kaip skysčio, fizinių savybių taikymas loginėms operacijoms, kurios valdo kitas mechanines sistemas, yra vadinamas skysčiu. Atitinkamai hidraulika ir pneumatika, pradedant nuo pramonės revoliucijos, prasidėjusios maždaug 1700-ųjų pabaigoje, suteikė pagrindą. Vėlesnis skysčių, ypač skysčių, dinamikos tyrimas tapo teoriniu nuspėjamojo elgesio modeliu. Tai suteikė inžinieriams pagrindą sukurti jungiklius ir kitas logines grandines, kurios tapo šiuolaikinės elektronikos pirmtakais. Nors šiandien pasaulyje dominuoja skaitmeninės grandinės, skystieji procesoriai tebėra svarbūs.

Fluidika neturi būti painiojama su skysčių ir dujų suspaudimu ar plėtimu, kaip hidrauliniu ar pneumatiniu energijos šaltiniu. Vietoj to, skysčio srautas yra suvokiamas kaip terpė, galinti pakeisti savo charakterį, nešti šią informaciją ir perduoti ją kitiems srautams. Skysčio įtaiso pagrindinė funkcija neturi judančių dalių.

Pirmasis prielaidų rinkinys apie skysčių dinamiką yra klasikinės mechanikos niutono fizika. Prie to pridedami greičio, slėgio, tankio ir temperatūros kintamieji kaip erdvės ir laiko funkcijos. Ypač svarbus yra papildomas dėsnis – „tęstinumo prielaida“, kad skysčio srauto charakteristikas galima apibūdinti neatsižvelgiant į žinomą faktą, kad skysčiai susideda iš atskirų molekulinių dalelių. Tiek teoriniai, tiek empiriniai fizikai ir toliau plečia skaičiuojamąjį supratimą apie judančio skysčio klampumą, turbulenciją ir kitas specifines savybes. Inžinieriai pradėjo kurti vis sudėtingesnius skysčių įrenginius.

Fluidics technologija neturėjo visos galimybės subręsti. Pirmosios loginės grandinės, įskaitant stiprintuvą ir diodą, buvo išrastos septintojo dešimtmečio pradžioje. Tuo pačiu metu tos pačios signalo stiprinimo ir perdavimo koncepcijos buvo įgyvendintos naudojant elektronų srautą, o kietojo kūno tranzistoriaus išradimas paskatino skaitmeninę revoliuciją.

Fizinis skysčio srautas, žinoma, negali prilygti elektrono greičiui. Skysčio signalo procesoriaus veikimo greitis paprastai yra vos keli kilohercai. Tačiau, skirtingai nei elektronų, skysčio ar dujų masės srautas nėra veikiamas elektromagnetinių ar joninių trukdžių. Todėl skysčiai tebėra būtini kai kurioms gedimų netoleruojančioms sistemoms, pvz., karinei avionikai, valdyti. Fluidika taip pat tapo efektyviais analoginių duomenų procesoriais, nes skysčiai tekėja kaip banga.

Vienas iš pagrindinių skysčių iššūkių yra tai, kad skysčių dinamikos principai skiriasi priklausomai nuo masto. Be abejo, klimatologai dar turi iki galo suprasti, kaip elgiasi didžiuliai vandens telkiniai ar oro srovės. Taip pat mokslininkai atrado, kad skysčiai elgiasi labai skirtingai, kai tiriami nanotechnologijų mastu. Būsimas pastarųjų, vadinamų nanofluidika, tyrimas ir taikymas suteikia galimybę sukurti žymiai greitesnę ir sudėtingesnę grandinę, įskaitant kelių vartų matricas lygiagrečiam apdorojimui.