Új Szó - Vasárnap, 1980. július-december (13. évfolyam, 27-52. szám)
1980-09-21 / 38. szám
t tudomány TECHNIKA A húsz-harminc évvel ezelőtti számítógépek másodpercenként néhány száz műveletet hajtottak végre. Ez a gyorsaság az akkori követelményeknek nagyjából megfelelt. A számítógéptechnika fokozatos térhódításával egyre nagyobb igények merültek fel az újabb gépekkel szemben, mivel olyan területeken is kívánták alkalmazni ezeket, amelyeken lassúaknak bizonyultak. Minőségi változást a félvezetőtechnika hozott, amely később az integrált áramkörgyártás beindulásával lehetővé tette a gépek műveleti sebességének megsokszorozását. Ennek eredményeként érkeztünk el a mai, modern számítógépek korába, amelyek másodpercenként több tízezer műveletet tudnak elvégezni. Ez a fejlődés rendkívül impozáns, azonban egy sor új igény merül fel a számítógépekkel szemben, amelyek csupán a műveleti sebesség növelésével elégíthetők ki. Első helyen talán a meteorológusokat lehet említeni. Az időjárás változásait oly sok tényező határozza meg, amelyek aránylag gyorsan változnak, hogy még a nemzetközi összefogás mellett, űrfelvételek alkalmazásával is csak nagy 'hibaszázalékkal lehet az időjárás alakulását egy-két napra előre meghatározni. Két-háromhetes előjelzés napjainkban még jóslásszámba megy, hosszabb távra pedig szinte lehetetlen meghatározni a légiköri viszonyok alakulását. Mindez azért van, mert olyan nagymennyiségű és gyorsan változó tényezővel kell számolni, amelyekkel még a mai számítógépek sem tudják állni a versenyt. Sokkal „okosabb“ gépek kellenének. Számtalan publikáció látott napvilágot a számítógépes építészet eredményeiről. Ez esetben a számítógépbe betáplált adatok alapján monitoron megjelenik a megtervezet épület, híd, stb. makettje, amelyeken különféle statikai és dinamikai kísérleteket lehet elvégezni, sőt képzeletbeli sétára is lehet indulni az épület körül, vagy belsejében: utasításra a gép tetszés szerint elforgatja a makettet. E tevékenység azonban rendkívüli feladatokat ró a számítógépre. Ha a televíziós képpel megegyező minőségű képet kívánunk kapni, amely kb, félmillió képpontból áll, akkor másodpercenként (huszonöt állóképpel számolva) több mint tízmillió képpont helyét kell a gépnek kiszámolnia. A legújabb és legigényesebb megrendelő ■minden kétséget kizárva az űrtechnika. Egyrészt azért, mert a legkisebb térfogatú, súlyú és energiaigényű komputereiket igényli, másrészt a Földtől egyre távolabb repülő űrszon- <dáknak az előzőeknél sokkal nagyobb mennyiségű adatot kell feldolgozniuk. A sebesség határai A műveleti sebesség növelése azonban bizonyos akadályokba ütközik. A ma használatos integrált áramkörök szilíciumlapocskára kiképzett diódák, ellenállások és tranzisztorok tízezreiből állnak. Egy-egy áramkör kapcsolási sebességét az anyagban lejátszódó folyamatok határozzák meg, a szilícium esetében ez nano- szekundumos (egymilliárdod másodperces J nagyságrendű, ami azt jelenti, hogy elvileg minden áramköri elem másodpercenként egy- milliárd kapcsolásra képes. A dolog azonban nem ilyen egyszerű, gyakorlatilag a kapcsolás hosszabb időt vesz igénybe. Természetesen a műveleti sebesség oly módon is fokozható, hogy egy időben, párhuzamosan több kapcsolás (játszódjon le az egyes áramkörökben. A mai modern gépeik ezen az elven dolgoznak. A sebesség növelése azonban egy ideig nem túl fontosnak tulajdonított határba ütközik: a fény véges terjedési sebességének falába. Egy nanoszekundum alatt a fény harminc centimétert tesz meg a vákuumban, a vezetőben a villamos impulzus ennek kb. kétharmadát. Tehát a nagyon gyors számítógépeknek nagyon kicsinek is kell lenniük, mert hiába növelnék az elemek számát, ha az információ több időt töltene el a vezetékekben való „utazással“, mint maga a számolás! Ez esetben a megoldás a rendkívüli nagy integrációban keresendő, amikor is egyetlen szilícium morzsára több százezer, esetleg több millió áram köri elemet zsúfolnak össze. Csakhogy a villamos áram áthaladásakor, kapcsoláskor hő keletkezik. Igaz, néhány voltos feszültség és tíz mikroamperes (milliomod amperes) áramerősség mellett ez elhanyagolható egy áramkörnél, de millió áramkör már tekintélyes mennyiésgü, néha kilowattos nagyság rendű hőt termelhet. Ez pedig már egy nagyobb rezsó hőjének felel meg, ami az egész áramköri lapocska azonnali szétolvadását vonja maga után! Ezért a kutatóik figyelme olyan megoldások felé fordult, amelyekkel le lehet a kapcsolási időt rövidíteni, ill. kisebb hő keletkezik az áramkör működése közben. Az alagúthatás gyakorlati alkalmazása A megoldást a szupravezetés két évtizedes eredményeinek felhasználása jelentette. Bizonyos fémek az abszolút nulla fok (—273,5 °C) közelében elvesztik ellenállásukat, gyakorlatilag nulla ohm ellenállású vezetővé — szupravezetővé — alakulnak át, amelyekben az egyszer elindított villamos áram állandóan, a legkisebb csillapítás nélkül folyik. Ez az áram kiszorítja a vezetőből a külső mágneses teret. Ha a külső térerősség egy bizonyos kritikus értéket túllép, behatol a szupravezetőbe, amely ebben a pillanatban elveszti szupravezető képességét. Josephson amerikai kutató a szigetelők és vezetők viselkedését tanulmányozva értékes jelenségre lett figyelmes: nagyon alacsony hőmérsékleten a vékony szigetelőn áthaladtak az elektronok, tehát maga is vezetővé vált. Először különleges szupravezető hatásra gyanakodott — szigetelőkből eddig nem sikerült szupravezető tulajdonságokat bebizonyítani — hamarosan kiderült, hogy ez az alagúthatás következménye. Ha az elektronok csupán részecskék lennének, nem tudnának a szigetelőn áthaladni, de mivel egyben hullámok is, kisebb energiájuk mellett is át tudnak jutni a nagyobb energiájú gáton. Olyan ez, mintha egy töltés oldalán hirtelen alagút nyílna, és a részecskék (elektronok) ahelyett, hogy átugornának, a gát felett, a lyukon egyszerűen átsétálnak. Ez a félvezetőknél szobahőmérsékleten is lejátszódó alagúthatás a szigetelőknél csak szupravezető hőmérsékleten figyelhető meg. A felfedezőről a jelenséget a világ Josephson- hatásnak nevezte el. Az általa felfedezett jelenségre alapozva a tudós egy kapcsolóelemet készített, amelyet Josephson-kapcsolónak ismerünk. Működési elve rendkívül egyszerű: két vezetőt egy vékony szigetelőréteg választ el egymástól. Az abszolút nulla fok közelében, szupravezető állapotban a két fém között az alagúthatás következtében a szigetelőn keresztül áram folyik. Ha a fölöttük elhelyezett vezérlő elektródra feszültséget kapcsolnak, az átfolyó villamos áram által létesített mágneses térerősség megszünteti a szupravezetést, a szigetelőben az „alagút eltömődik“, a két szupravezetőből és szigetelőrétegből álló kapcsoló szétkapcsol. Ha a vezérlő elektródban megszűnik az áram, a szupravezető állapot visszaáll — a kapcsoló bekapcsol. Az űrkutatás szolgálatában Csaknem húszévi csipkerózsika álmából a közelmúltban az IBM mérnökei ébresztették fel a Josephson-kapcsolét. Olyan eszközt készítettek, amely a Josephson-fcapcsoló elvén működik. Mivel szupravezetőről van szó, a berendezést folyékony héliumban, az abszolút nulla fok körüli hőmérsékleten kell tárolni, ami bizonyos többletköltséget jelent, azonban a berendezésnek óriási előnyei is vannak: nagy kapcsolási sebessége és kis fogyasztása. Csaknem ezerszer gyorsabb a szilíciumos kapcsolónál, néhány pikoszekundum (billiomod másodperc) alatt kapcsol, fogyasztása pikowattnyi (billiomod wattnyi) nagyságrendű. Ennyi idő alatt csupán néhány millimétert tesz meg a fény (vezetőben az elektromágneses hullám), emellett a nagyfokú integráció lehetőségét vetíti előre az a tény, hogy a mai áramköröknél milliószor kisebb a villamos energiafogyasztása. A közeljövőben aligha várható, hogy a Jo- sephson-hatás elvén működő áramkörök általánosan elterjednek, épp költségességük miatt, azonban egy területen egészen biztosan rendkívül fényes jövő vár rájuk: az űrkutatásban. Tudvalevőleg a világűrben az abszolút nulla fokhoz közeli hőmérséklet uralkodik, tehát nincs szükség hűtésre, héliumfürdőre. A Josephson áramkörök itt minden nehézség nélkül „szabadon“ működnek. Minden bizonnyal a Naprendszeren kívülre indítandó űrhajók számítógépei a jövőben már ilyen rendkívül gyors, nagy kapacitású, kis energiaigényű áramkörökkel lesznek felszerelve. Az ezredfordulóra tervezett űripar kialakulásában is valószínűleg nagy lesz a szerepük. Ügy, ahogy napjaink gyárai, üzemei is egyre nagyobb mértékben alkalmazzák a számítógépeiket, a jövő gyárai sem lehetnek meg majd a nagy kapacitású, „okos“, a Josephson hatásra épülő áramköri elemekkel felszerelt „elketronikus agyak“ nélkül. OZOGÄNY ERNŐ A hetvenes évek végén kifejlesztett lengyel M-18 Dromader mezőgazdasági repülőgépet a szakemberek a mintegy 30 éve gyártott, s ma is elterjedten használt kétfedelű AN-2 utódjának tartják. Az 1500 kg teherbírású repülőgépbe az AN-2-ben is alkalmazott AS-62 ÍR kilenchengeres léghűtéses dugattyús csillagmotor továbbfejlesztett, tökéletesített változata került. Habár a gázturbinás hajtóművek az utóbbi évtizedekben csaknem teljesen kiszorították a dugattyús motorokat a repülőgépek gyártásánál, mert fajlagos teljesítményük jobb, a nagyobb magasságokban végzett huzamosabb repüléseknél jóval gazdaságosabbak, úgy tűnik, hogy a korszerű dugattyús repülőgépmotorok használata a mező- gazdaságban és más szolgáltatásoknál továbbra is előnyösebb marad. Az M-18-as gépnek igen jó repülési tulajdonságai vannak: biztonságos, nehezen kerül dugóhúzóba, fordulékony, felszállási ideje rövid. A kis sebességű stabilitás egyik alapeleme a. téglalaptrapéz alaprajzú háromrészes, nagy felületű szárny. A magasan kiemelkedő kabin jő kilátást tesz lehetővé az állandó mélyrepüléssel járó mezőgazdasági munkáknál. A pilóta figyelemmel kísérheti a törzsben elhelyezett üvegszálas epoxi vegyszertartály ürülését is annak átlátszó műanyag fedelén át. 'A vegyszerszóró berendezés a teljes fesztáv mentén van a szárny kilépő éle alá szerelve, a terítési sáv szélessége 20 m-től 40 m-ig terjed, attól függően, hogy milyen szemcsenagyságú hatóanyagot szőr a gép. (Makrai Miklós felvétele) A GONDOLAT SEBESSÉGE Feltehető, hogy a gondolat sebességének is vannak határai, de ezeket senki sem ismeri pontosan — jelentette ki Natalja Behtyereva professzor, a Leningrádi Orvostudományi Kutatóintézet igazgatója. Az azonban bizonyos, hogy agyunknak óriási tartalékai vannak, amelyeket ritkán veszünk igénybe. Ezt bizonyítják azok az esetek is, amelyekben emberek rendkívül bonyolult feladatokat oldottak meg jóformán .szemvillanásnyi idő alatt, hogy megmeneküljenek a veszélytől. A nagyon bonyolult matematikai problémákat gyors fejszámolással megoldó emberek rendszerint fél óra alatt any- nylra kimerülnek, mintha egésznapos munkájukat sűrítették volna ebbe a rövid időbe. Azok az emberek, akiket megmentettek a vízbe fűlástól, elmondták: egész életük végigvillant az agyukon néhány másodperc alatt, ami arra vall, hogy szélsőséges stresszhelyzetben az agy rendkívül gyorsan átkutatja a tárolt emlékeket, megoldást keresve a menekülésre. Almodás közben néhány perc elegendő azoknak az esemény- sorozatoknak a felelevenítésére, amelyek a valóságos életben órák alatt mentek végbe. Mindez azt bizonyítja: az agy képes átállítani történéseinek belső óráját. Többet azonban csak akkor tudhatunk meg erről, ha kísérleti úton újabb ismereteket szerzünk az agy működéséről. Ügy tűnik, hogy az agyban mátrixok sorozata működik, és ezek folytonosan változnak az új benyomások hatására. (delta) i98S. IX. 21. A Liptovsky Hrádok-i Tesla üzemben az A. S. Popov Híradástechnikai Kutatóintézet dolgozóival együttműködve új, nyomógombos keresővel ellátott telefonkészüléket fejlesztettek ki. A készülék fő szerkezeti egységét két 3X4 mm méretű integrált áramkör képezi, amelyek több mint 8000 tranzisztort tartalmaznak. Az új telefonkészülék kezelése egyszerű, gyors, emellett egészen új lehetőségeket is nyújt, a készülék memóriájába például betáplálhatók a leggyakrabban hívott számok. Az A. S. Popov Híradástechnikai Kutatóintézetben kifejlesztett integrált áramköröket a Tesla PieS- fany üzemben fogják gyártani. A felvételen Anton Pleätil mérnök az integrált áramkörök működését ellenőrzi, tőle balra az új típusú telefonkészülék látható > (A CSTK felvétele) Iflli SZMIKH
