汽动打印机怎么回事？终于找到答案了计算机运行：在空气中、流体中运行的微型处理器？

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基于流体系统的基本构件

今天，人们可以用任何方式创造逻辑门。

比如用晶体管组合构建AND, OR, NAND, 和XOR。但除此之外，还有很多其他方式。早期的计算机使用的是真空管，而非晶体管，在这之前用的是继电器。在二战期间，康拉德·楚泽（Konrad Zuse）用机械逻辑门创建了早期可编程计算机Z1。

在介绍基于空气的计算机之前，笔者想进一步普及一下计算机系统建立的历史。因为在很多方面，空基计算机和历史相关。尽管硅基微处理器已经站稳了脚跟，但有的时候，想一想“如果”还是很有趣的。

基于机械十进制数的计算机

回望计算机的历史，追溯到蒸汽时代，你会发现像查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）这样的计算机先驱人士，使用精密复杂的齿轮系统，制造出了以蒸汽为动力的机械计算机。这个构想在当时来看就如同一个机械奇物。

分析机的一小部分，一种使用十进制而不是二进制来计算的机械计算机。由计算机先驱查尔斯·巴贝奇设计构建。

二进制数字计算机的优点

后来人们意识到，如果采用二进制数字系统，制造计算机就会更容易，这开启了革命式的变革。如同查尔斯·巴贝奇，康拉德·楚泽也制造了一台机械计算机。但由于使用的是二进制系统，他可以利用逻辑门（如AND, OR, HAND等）采用布尔逻辑进行创建。这极大地简化了这台计算机，其能力也强于巴贝奇的计算机，占地面积也不是很大，而且全依赖于楚泽自掏腰包研发。

相比之下，查尔斯·巴贝奇当时制造的机械计算机会占用大量空间，而且需要政府大量的资金支持。这表明掌握了正确的思路，制造计算机会更容易：即二进制优于十进制。

这意味着要是当时巴贝奇采用了布尔逻辑，像Z1这样的计算机本可以采用19世纪的技术。

除此之外，在19世纪，还有什么更加重大的历史事件吗？事实上，在19世纪的技术支持下，一种更强大的计算机制造方法横空出世。由于蒸汽动力的存在，19世纪的科学家和工程师非常擅长和气体液体打交道。

基于逻辑门的射流技术

可能你从未听说射流技术。它可以基于气体和液体等流体来进行计算。但它并不基于移动活塞和阀门。实际上，流体系统不是机械的，相反，该技术基于一股射流如何改变另一股射流的方向。

流体逻辑门如何通过控制射流改变输出方向

虽然这一原理出现的很晚，在研究飞机的时候才发现，但19世纪的工程师已经能够利用该原理构建逻辑门了。

射流技术和普通电子学一样，有很多益处。射流技术中不牵扯使用会磨损的机械部件，所以应用起来稳定可靠。在高密度的条件下建立流体装置同样可行。制造商novelchip的一个项目演示了利用射流技术创建集成电路的方法，这一方法可应用于类似创建印刷电路板(PCB)的过程中。

利用压缩空气而非电流运行的集成电路。

流体学怎么样了？射流技术的发展

在20世纪60年代，基于射流技术的集成电路已经开始发展，并且出现了很多拥有多种流体设备以及电路的公司，人们可以从中订购零件。

在一段时期内，相比于电子技术，射流技术似乎前景更好。那么为什么很少有人听说过它呢？其实，人们可能也不知道整个城市是依赖气动管道来发送讯息的。此外，在驱动时钟、电动机，甚至是工厂和商店的冷却系统方面，欧洲的城市应用的也是压缩空气网络而非电力网络。

使用压缩空气传递讯息的气动管道。巴黎整座城市都应用这种方法。

然而，由于未得到长期使用，很多技术都被遗忘了。并且竞争技术发展得太快。例如，在被晶体管取代之前，真空管还未得到广泛的应用。因此，基于真空管的计算机仅仅存在了相当短的一段时期。

同样，在被电力取代之前，用于传递讯息和电力的压缩空气系统也只存在了很短的一段时间。射流技术也一样，在被快速发展的电子技术取代之前，它仅在短期内崭露头角，但在飞机上的推力矢量系统控制中得到了应用。

在一些操作温度远高于电子元件可掌控的领域，流体系统已经找到了一席之地。事实上，之所以这么多年笔者对流体感兴趣，原因之一是探索金星的渴望。

金星上最棘手的问题就是可达460摄氏度的极高地表温度。任何数字电子设备都无法在过高的地表温度下使用，而基于流体的设备却可以。这让笔者开始探索究竟什么技术可以帮助建造一个完全非电动的漫游者去探索金星地表。这将需要某种不依靠电力运行的计算机、通信系统、和马达。

射流计算机建成了吗？

遗憾的是，射流技术还没进一步发展就被抛弃了，但一些研究人员的确成功建立了一个非常简单的基于射流技术的计算机模型，名为FLODAC。

· 移动

· 添加

· 跳跃

· 停止

上述四个命令演示了一个由4条最基本的指令组成的程序，适用于任何计算机。FLODAC以每秒10周的速度运行。然而，理论上来说，可以达到10到100千赫的时钟频率与现今(2019年)运行在3千兆赫左右的电子计算机相比，这听起来非常低。然而这个技术的潜力其实大得很。

据计算人类大脑的工作频率仅仅只有30赫兹。尽管如此，人类大脑的表现还是优于几乎任意一台电脑。据计算，人类大脑的处理能力达到每秒6千万亿次。也就是每秒六百亿亿次运算。

与世界上最快的超级计算机做个对比：世界上最快的超级计算机实际上是每秒30千万亿次。当然，它的建设花费了中国半个月的GDP，需要24兆瓦的电力来运行和冷却，这大约是一个中型太阳能发电站的发电量。

而人类大脑仅用20瓦的能量就能达到同样的效果。

在如此低的频率下，人类的大脑是如何做到这一点的？通过大规模的并行处理。流体系统同样可以利用该原理从中获得处理能力。既然可以用简单的塑料在3D环境中建造它们，那么在小范围内，可以建成很多渠道。

所以根据经验，我们可以说射流系统应该能够以比人脑快3000倍的时钟周期运行。虽然这并不是说要建立一个超越人脑或超级计算机的射流系统。但这的确表明，有些事情不像乍一看上去那样没发展潜力。

拓展

如果你对做东西感兴趣，那你一定知道3D打印机。这类打印机用途广泛，让人们在家就能轻松制作任意零件。要想探索外星，这一设备绝对是是不可或缺的。阿米什人即使在家也会避免用电，使用压缩空气系统。事实上，阿米什人的厨房和车间通常通过压缩空气驱动来运转工具和设备。

3D打印机需要精准定位才能工作。为了实现这一点，3D打印机使用了步进电机来移动固定的步数。实际上，非电动气动版本的3D打印机已经存在。这是一个Globe公司旗下的气动步进电机。该电机由压缩空气制动。

射流技术后续发展

读过这篇文章之后，你可能认为射流技术已经完全消失了。但并非如此。它在一个全新的领域找到了自身新的用途，就像是某一技术不适用于某个领域，但适用于其他领域。

微流体通常被用来制作芯片实验室。

1960年代的时候，科技领域采用通用型计算机和控制系统生产工业机器人，但这一生产方式早已过时，转而采用的是更先进的数字电子技术。

但是在其他星球，这项被抛弃的技术可能会得到更有趣的应用，或者它会为另一历史背景下进行创作的作家带来灵感。我们拥有了蒸汽朋克小说和电影，流体朋克小说还会远吗？

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