Mechanische Rechenhardware für einen zukünftigen Venus-Rover? Wie funktioniert es?

Ich weiß nicht, warum Gizmodo sagt, dass das neueste Venus-Sondenkonzept der NASA wie eine Kreation von Tim Burton aussieht, weil es viel mehr wie eine Kreation von Theo Jansen aussieht ! Vergleichen Sie auch die Videos unten.

Ich kann verstehen, in Wind zu schauen, um rein mechanische statt elektromechanische Fortbewegung anzutreiben, aber ich sehe nicht, wie sinnvolle Berechnungen mechanisch durchgeführt werden könnten. Welche Art von mechanischer Rechenhardware wird grob für einen zukünftigen Venus-Rover in Betracht gezogen? Ist es wie 1 FLOP und 1 Kilobit oder etwas Kleines und Dichtes oder sogar MEMS -ähnliches?

Ich bin interessiert, weil der 10.000 Jahre alte Satellit wirklich von nicht-elektronischen Computern profitieren könnte, um so lange im Weltraum zu überleben!

Siehe auch Automaton Rover for Extreme Environments (AREE) der NASA .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich bin mir ziemlich sicher, dass AREE einen mehr oder weniger konventionellen, elektronischen Mikroprozessor enthalten wird. Da diese heutzutage so klein und stromsparend hergestellt werden können, wäre es kein großes Problem, sie auf ausreichend niedriger Temperatur zu halten.
Ein Rover ohne elektronischen Sender und Empfänger wäre ohnehin nutzlos. Es gibt keine rein mechanische Kamera zur Navigation. Wenn Sie mit einem mechanischen Computer keine Ergebnisse vom Rover erhalten, werden Sie nie wissen, was mit dem Rover passiert.
@Uwe Die Welt ist voller Organismen, die keine Vision nutzen, um durch ihre Umgebung zu navigieren und etwas über sie zu lernen. de.wikipedia.org/wiki/…
Was nützt ein Venus-Rover ohne Vision, aber mit taktilen Sensoren und ohne Datenübertragung zur Erde? Wir sollten einige Ergebnisse erhalten, aber es gibt keine mechanische Datenübertragung zur Erde.
@Uwe Ich verstehe nicht, warum keine Kamera bedeutet, dass keine Datenübertragung zur Erde stattfindet oder dass taktile Sensoren der einzige andere mögliche Sensor sind.
Wenn Sie aufgrund der hohen Temperatur der Venus eine mechanische Berechnung anstelle einer elektronischen Berechnung verwenden, können Sie keine elektronische Datenübertragung verwenden. Gibt es irgendeine Art von nicht elektronischer drahtloser mechanischer Datenübertragung, die auf Venus anwendbar ist? Wenn es eine elektronische Hochtemperatur-Datenübertragung gibt, sollte es auch eine elektronische Hochtemperatur-Berechnung geben.
@Uwe Es gibt tatsächlich echte Beispiele dafür, wenn Sie eine einfache Frage stellen, in der Sie fragen, ob eine Art "nicht elektronisches drahtloses mechanisches Datenübertragungssystem" im Weltraum möglich ist und ob es für die Arbeit auf der Venus angepasst werden könnte, denke ich, dass wir das können einige echte Antworten haben. Sie sind sicherlich nicht so praktisch und eine Art Hochtemperaturelektronik und hochtemperaturoptimierte RTG-betriebene gekühlte Elektronik, die herkömmliche Kommunikation verwendet.
Etwas ganz anderes! Was wäre, wenn sich ein elektronischer Hauptcomputer im Orbit um die Venus befände und durch ein "Skytrain"-Satellitensystem mit einem Oberflächenrover verbunden wäre? Ja, es wäre teuer, aber ... nur ein Gedanke. Ein mechanischer Computer könnte schwer sein.

Antworten (4)

Unterschätzen Sie nicht, was Sie mit mechanischen Komponenten machen können. In den 1840er Jahren arbeitete Charles Babbage an einem programmierbaren Allzweckcomputer (der Analytical Engine ). Leider wurde es nie fertiggestellt, obwohl die Idee gut ist. Ein früheres Design von ihm, die Difference Engine (die nicht Turing-komplett war), wurde in den 1990er Jahren gebaut.

Allerdings ist die AREE-Studie noch nicht so weit fortgeschritten, Hardware zu entwerfen. Ab Seite 19 fasst die Studie die möglichen Lösungen (Mechanik, Pneumatik/Fluidik, Vakuumröhren und andere Elektronik) zusammen und zeigt dann einige mögliche Implementierungen für Elemente wie Energiespeicherung und Navigation unter Verwendung einer Methode zur Vermeidung von Hindernissen, die keine Berechnung erfordert.

Während Phase 1 die Machbarkeit demonstrierte, bleibt eine Reihe von Bereichen, die weiter verfeinert und demonstriert werden müssen, um die Glaubwürdigkeit des Konzepts zu etablieren. Die fortgesetzte Arbeit an einem Venus-Rover-Konzept, das keine noch zu entwickelnden Technologien mit unbekannten Kosten und Zeitskalen erfordert, verändert das Gespräch in Bezug auf Venus-Missionen und erreichbare Wissenschaft erheblich.

Ich finde das absolut faszinierend! Danke für die Links, schaue ich mir mal an :-)
Nicht nur Babbage arbeitete an einem Computer mit mechanischen Komponenten, auch Konrad Zuses erster Z1 verwendete viel Mechanik. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Z1_(Computer) Aber sowohl Babbage als auch Zuse hatten Probleme mit unzureichender mechanischer Präzision.
Das ist Allzweck-Computing. Aber für bestimmte Anwendungen ist es manchmal möglich, Probleme in sehr kleinen mechanischen Lösungen darzustellen. Schlachtschiffe konnten ihren Kurs, ihre Geschwindigkeit, die Peilung, die Entfernung und den geschätzten Kurs eines Flugzeugs oder feindlichen Schiffs eingeben und mit nur wenigen Gängen den Kurs und den Laufwinkel ausgeben, die erforderlich sind, um das Ziel zu führen und erfolgreich zu treffen. Komplexe Funktionen können beispielsweise als Schlitz oder Rille auf einer einzelnen rotierenden Scheibe codiert werden (so komplex wie Audiowellenformen, z. B. Vinyl. Vergleichen Sie dies mit der Komplexität der elektronischen Wiedergabe von Audio.

Dies ist kein Computer, wie der Begriff heute normalerweise verstanden wird, und er verwendet sicherlich keinen Morsecode.

Was das System tatsächlich tut, ist die Ausgabe eines Instruments, wahrscheinlich ein elektrisches Niederspannungssignal, zu verstärken, um es auf etwas mechanisch Verwertbares zu verstärken, und es in eine Drehung der vier Scheiben auf dem Rover umzuwandeln (mit jeweils 4 Positionen, es ist die entspricht einem 8-Bit-Signal).

Der auf diesen Disketten angezeigte Wert kann von einem Orbiter oder einem Ballon in großer Höhe gesehen werden, der herkömmliche Computer für all die komplexeren Aufgaben verwenden kann.

Physisch gesehen wäre der „Computer“-Teil ein Bündel von Zahnrädern, die die Festplatten bewegen.

Wie in den vorherigen Antworten gezeigt, können Sie mit solchen Systemen eine überraschende Berechnung durchführen, aber aufgrund von Gewichtsbedenken würde die Komplexität wahrscheinlich auf ein Minimum reduziert - zum Beispiel durch relative Positionierung der Scheiben, anstatt auf einen absoluten Wert zurückzusetzen, da der Orbiter dies kann einfach den vorherigen Wert ohne Gewichtsstrafe subtrahieren.

Aber wie verstärkt man ein elektrisches Niederspannungssignal ohne Elektronik zu etwas mechanisch Verwertbarem? Die Frage bezog sich auf mechanische Rechenhardware, also keine elektronischen Verstärker.
@Uwe Richtig, das Teil können nicht nur Zahnräder sein. Es ist jedoch mehr Teil des Instruments als des Computers (wahrscheinlich kann man eine Kamera sowieso nicht rein mechanisch bauen) und es kann schwere elektrische Komponenten anstelle von leicht schmelzenden Siliziumchips verwenden.
@QuentinClarkson Die Herstellung einer rein mechanischen Kamera ist nicht so schwierig, wenn Sie fast zwei Jahrhunderte Erfahrung in der Herstellung haben , aber ich nehme an, das Bild zurück zur Erde zu bringen, könnte eine kleine Herausforderung darstellen.
@8bittree Eine rein mechanische Kamera kann hohen Temperaturen standhalten, aber Sie benötigen einen fotografischen Film oder eine Platte, die nicht schmilzt.
@8bittree Das ist nicht mechanisch, es ist ein chemischer Prozess - und der wichtige Teil besteht darin, das Bild (oder andere Daten mit ähnlichen Sensoren, wie das Messen der genauen Farbflamme, die beim Erhitzen einer Probe erzeugt wird) zu übertragen. Das Abrufen von Filmkapseln wurde von LEO aus durchgeführt, ist jedoch für alle Daten einer einjährigen Mission nicht wirklich praktikabel.
Ist Semaphor eine bessere Analogie als Morsecode für die Scheibenkommunikation? Hat die Venus nicht ziemlich undurchsichtige Wolken? Es müsste von etwas gesehen werden, das unter die Wolken eintauchen kann, um es zu sehen, und dann wieder über sie zurückkehren kann, wo die Bedingungen freundlicher sind und es mehr Sonnenlicht gibt, um Batterien aufzuladen, vielleicht wie ein Solarflugzeug.
@uhoh Ja, das ist eine viel engere Analogie. Das Bild im Gizmodo-Artikel kennzeichnet die Scheiben als Radarziele - die Wolken sind nur undurchsichtig, wenn Sie auf sichtbares Licht beschränkt sind.
@QuentinClarkson Ah, du meintest also nicht nur nicht elektronisch. Mein erster Gedanke war eigentlich eher Schutzschalter als Folie. Lassen Sie das Licht auf zwei verschiedene Metallstreifen scheinen und erhitzen, und wenn sich die Metalle mit unterschiedlichen Raten ausdehnen, würde sich das verbundene Paar verbiegen. Definitiv schwierig praktisch umzusetzen und möglicherweise ein zu großer thermischer Prozess. Nun, wir wissen, dass Licht Druck ausübt, also könnten wir theoretisch immer noch eine rein mechanische Kamera bauen. Obwohl ich bezweifle, dass es außerhalb eines Vakuums gut funktionieren würde. Und in beiden Fällen besteht immer noch das Problem, das Bild zurückzubekommen.
@8bittree Das Problem mit solchen Sensoren ist die Empfindlichkeit - wenn Sie genug Last darauf legen, um etwas physisch zu bewegen, kann es nicht auf die kleinen Änderungen reagieren, die Sie messen möchten.

Vergessen Sie auch nicht, dass wir nicht alles digital machen müssen. Analoge Computer waren bis zu ihrem Ausblenden in den 60er und 70er Jahren üblich, können aber in einigen Bereichen nützlich sein.

Das ist ein guter Punkt; Ich bin davon ausgegangen, dass die mechanischen Computer digital sind, aber das war nur ein Reflex, danke! Aber ich denke, das ist eher ein Kommentar als eine tatsächliche Stackexchange-Antwort; Ich habe nach einem bestimmten NASA-Plan gefragt: "... wie funktioniert er?" nicht nur Ideen, was funktionieren könnte.
Aber die analogen Computer der 60er und 70er Jahre waren zu über 90 % voll halbleiterelektronisch. In den 40er und 50er Jahren gab es auch elektronische analoge Computer, die mit Vakuumröhren ausgestattet waren.
Mit rein analogen mechanischen Konstruktionen kann man viel machen. EX die Feuerleitsysteme auf Schlachtschiffen. youtube.com/watch?v=s1i-dnAH9Y4

Nanomechanische Computer sind viel energieeffizienter als elektrische Mikrochips. Sie können mit viel elektromagnetischem Rauschen und wirklich großen Temperaturunterschieden umgehen. Ihr Gedächtnis ist widerstandsfähiger und sie sind kompakt. Sie haben eine niedrigere Taktrate, aber da sie einen kleinen Bruchteil von elektrischen Computern freisetzen, können sie elektrische Computer bei gleichem Volumen übertreffen.

An nanomechanischen Computern wird noch gearbeitet und sie sind der nächste logische Schritt für das allgemeine Rechnen. Wie der mechanische Venus-Rover wahrscheinlich funktionieren wird, wurde bereits beantwortet, aber dies wird in Zukunft weitaus komplexere Rover für die Venus ermöglichen.

Weitere Informationen finden Sie in dieser hervorragenden Zusammenfassung Two Types of Mechanical Reversible Logic von Ralph C. Merkle (1990) bei Xerox PARC

Willkommen bei StackExchange! Obwohl ich Ihre Behauptungen nicht bezweifle, müssen wir in SE unsere Antworten mit Quellen untermauern, da es sonst für gegenwärtige und zukünftige Leser unmöglich ist, die Richtigkeit einer gegebenen Antwort zu beurteilen. Können Sie eine Quelle nennen, die diesen Vergleich unterstützt? Vielen Dank!
Dieser Link zyvex.com/nanotech/mechano.html ist einer von vielen, die sich ausführlich mit den Möglichkeiten der nanomechanischen reversiblen Logik befassen. Danke für die Erinnerung.
Danke, was für ein cooler Link! Ich habe Ihre Referenz wieder in Ihren Antwortbeitrag eingefügt. in Stack Exchange sollten Kommentare als temporär betrachtet werden, sie können möglicherweise jederzeit gelöscht werden. Alles, was für eine Antwort wichtig ist, sollte also der Antwort selbst hinzugefügt werden. Wenn es eine Möglichkeit gibt, "viel energieeffizienter" und "sie können besser abschneiden" als sachlich richtig zu unterstützen, fügen Sie bitte auch diese Links hinzu. Wenn es etwas in Merkle 1990 gibt, das dies tut, fügen Sie bitte ein kurzes Zitat daraus hinzu. Es ist ziemlich lang und wir können nicht erwarten, dass jeder zukünftige Leser das Ganze durchsieht. Vielen Dank!
Mechanische Rechenhardware für einen zukünftigen Venus-Rover? Wie funktioniert es?
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