فلویدیک

بندانگشتی|یک ماژول با دو جریان ورودی در بالا، یک خروجی AND به‌صورت محفظه در وسط، و یک جریان خروجی XOR در پایین.
**فلویدیک** یا **منطق فلویدیک** به استفاده از **[[سیال|جریان سیال]]** برای انجام عملیات آنالوگ یا دیجیتال گفته می‌شود، مشابه عملکرد مدارهای الکترونیکی.

پایهٔ فیزیکی فلویدیک بر **[[پنوماتیک]]** و **[[هیدرولیک]]** استوار است و بر اساس اصول نظری **[[دینامیک سیالات]]** شکل گرفته است. اصطلاح فلویدیک معمولاً زمانی به کار می‌رود که دستگاه‌ها **بدون قطعات متحرک** باشند؛ بنابراین اجزای معمول هیدرولیک مانند سیلندرها و شیرهای سوپاپی به عنوان دستگاه فلویدیک در نظر گرفته نمی‌شوند.

یک جت سیال می‌تواند توسط جت ضعیف‌تری که از کنار به آن برخورد می‌کند، منحرف شود. این ویژگی باعث **[[تقویت‌کننده الکترونیکی|تقویت]] [[سامانه غیرخطی|غیرخطی]]** می‌شود، مشابه کاری که ترانزیستور در منطق دیجیتال الکترونیکی انجام می‌دهد. فلویدیک عمدتاً در محیط‌هایی استفاده می‌شود که منطق دیجیتال الکترونیکی قابل اعتماد نیست، مانند سیستم‌هایی که در معرض **[[تداخل الکترومغناطیسی]] شدید** یا **پرتوهای یونیزان** قرار دارند.

فناوری نانو نیز فلویدیک را به عنوان یکی از ابزارهای خود به کار می‌برد؛ در این حوزه، اثراتی مانند **نیروهای بین سطح سیال-جامد و سیال-سیال** اهمیت بالایی دارند. فلویدیک همچنین در **کاربردهای نظامی** نیز استفاده شده است.

## تاریخچه
در سال ۱۹۲۰، **نیکولا تسلا** یک کانال سوپاپی یا **شیر تسلا (Tesla valve)** ثبت اختراع کرد که مانند یک **دیود فلویدیک** عمل می‌کرد. این دیود دارای **نشت جریان** بود، به این معنی که جریان معکوس برای هر اختلاف فشار اعمال‌شده صفر نبود. همچنین پاسخ آن **غیرخطی** بود و ویژگی دیودیک آن به **فرکانس** وابسته بود. این شیر می‌توانست در مدارهای سیال، مانند یکسوکننده تمام‌موج، برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) مورد استفاده قرار گیرد.

در سال ۱۹۵۷، **بیلی ام. هورتون** از آزمایشگاه‌های هری دایموند (که بعدها بخشی از آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش آمریکا شد) ایده **تقویت‌کننده فلویدیک** را ارائه کرد، زمانی که متوجه شد می‌تواند جهت جریان دود را با استفاده از یک **بالون کوچک** منحرف کند. او نظریه‌ای دربارهٔ **تداخل جریان‌ها** ارائه داد و نشان داد که می‌توان با منحرف کردن یک جریان سیال توسط جریان دیگری، تقویت به دست آورد.

در سال ۱۹۵۹، هورتون و همکارانش، **دکتر R. E. Bowles** و **ری وارن (Ray Warren)**، مجموعه‌ای از **تقویت‌کننده‌های ورتکس عملیاتی** را از صابون، لینولئوم و چوب ساختند. نتایج منتشرشدهٔ آن‌ها توجه صنایع بزرگ را جلب کرد و باعث شد علاقه به کاربرد فلویدیک (که آن زمان **تقویت فلویدیک** نامیده می‌شد) در سیستم‌های کنترل پیچیده در دههٔ ۱۹۶۰ افزایش یابد.

هورتون به عنوان توسعه‌دهنده اولین **دستگاه کنترل تقویت‌کننده فلویدیک** و بنیان‌گذار حوزه فلویدیک شناخته می‌شود. در سال ۱۹۶۱، هورتون، وارن و بولز جزو ۲۷ نفری بودند که **اولین جایزه دستاورد تحقیق و توسعه ارتش آمریکا** را برای توسعه دستگاه کنترل تقویت‌کننده فلویدیک دریافت کردند.

## عناصر منطقی
می‌توان **گیت‌های منطقی** ساخت که به جای برق از **آب** برای عملکرد استفاده کنند. این گیت‌ها باید در **جهت مشخصی** قرار گیرند تا درست عمل کنند.
* گیت **OR** به سادگی با ادغام دو لوله ورودی ساخته می‌شود.
* گیت **NOT** (معکوس‌کننده) شامل جریان ورودی "A" است که یک جریان تأمین را منحرف می‌کند تا خروجی Ā تولید شود.
* گیت‌های **AND** و **XOR** نیز قابل پیاده‌سازی هستند و در نمودارهای مربوطه نشان داده شده‌اند. همچنین می‌توان از گیت XOR برای ساخت یک معکوس‌کننده استفاده کرد، زیرا A XOR 1 = Ā.

نوع دیگری از منطق فلویدیک، **Bubble Logic** یا منطق حباب است. در این نوع گیت‌ها، **تعداد بیت‌های ورودی و خروجی حفظ می‌شود**، زیرا در عملیات منطقی، حباب‌ها نه تولید می‌شوند و نه از بین می‌روند. این عملکرد مشابه گیت‌های **کامپیوتر توپ بیلیاردی** است.

## اجزا
[بندانگشتی|تقویت‌کنندهٔ سیالی، نمایش جریان در هر دو حالت، برگرفته از [https://patents.google.com/patent/US4000757 ثبت اختراع ایالات متحده به شمارهٔ ۴٬۰۰۰٬۷۵۷].](https://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:Fluidicamplifier.svg)
راست|بندانگشتی|ویدیویی شبیه‌سازی‌شده از جریان داخلی یک نوسان‌ساز بازخوردیِ سیالی.
**<big>تقویت‌کننده‌ها</big>**

در **تقویت‌کننده فلویدیک**، یک منبع سیال که می‌تواند **هوا، آب یا مایع هیدرولیک** باشد، از پایین وارد دستگاه می‌شود. فشار اعمال‌شده به **پورت‌های کنترل C1 یا C2** جریان را منحرف می‌کند تا از طریق **پورت‌های خروجی O1 یا O2** خارج شود. جریان ورودی به پورت‌های کنترل ممکن است بسیار ضعیف‌تر از جریان اصلی باشد، بنابراین دستگاه **تقویت** دارد.

این دستگاه پایه می‌تواند برای ساخت **سایر عناصر منطقی فلویدیک** و همچنین **نوسان‌سازهای فلویدیک** استفاده شود که عملکردی مشابه **فلپ‌فلاپ (flip-flop)** دارند. به این ترتیب می‌توان سیستم‌های ساده دیجیتال را با استفاده از فلویدیک ایجاد کرد.

تقویت‌کننده‌های فلویدیک معمولاً پهنای باندی در محدوده **کیلوهرتز پایین** دارند، بنابراین سیستم‌های ساخته‌شده از آن‌ها نسبت به دستگاه‌های الکترونیکی **کندتر** عمل می‌کنند.

****

**تریود فلویدیک** یک دستگاه تقویت‌کننده است که از **جریان سیال برای انتقال سیگنال** استفاده می‌کند. همچنین **دیودهای فلویدیک، نوسان‌سازهای فلویدیک** و انواع مختلفی از **مدارهای هیدرولیکی** ساخته شده‌اند، از جمله مدارهایی که **معادل الکترونیکی ندارند**.

## کاربردها
**کامپیوتر MONIAC** که در سال ۱۹۴۹ ساخته شد، یک کامپیوتر آنالوگ مبتنی بر سیال بود که برای آموزش اصول اقتصادی استفاده می‌شد، زیرا قادر بود شبیه‌سازی‌های پیچیده‌ای را بازسازی کند که کامپیوترهای دیجیتال آن زمان قادر به انجام آن نبودند. بین ۱۲ تا ۱۴ دستگاه ساخته شد و توسط کسب‌وکارها و مؤسسات آموزشی خریداری گردید.

**کامپیوتر FLODAC** در سال ۱۹۶۴ به عنوان یک نمونهٔ مفهومی از کامپیوتر دیجیتال مبتنی بر سیال ساخته شد.

قطعات فلویدیک در برخی سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک، از جمله **جعبه‌دنده‌های اتوماتیک خودروها**، کاربرد دارند. با پذیرش بیشتر **منطق دیجیتال الکترونیکی** در کنترل صنعتی، نقش فلویدیک در این حوزه کاهش یافته است.

در بازار مصرفی، محصولات کنترل‌شده با فلویدیک در حال افزایش هستند و در وسایلی مانند **تفنگ‌های آب‌بازی، دوش‌ها و جت‌های وان داغ** نصب می‌شوند؛ همه این محصولات جریان‌های هوا یا آب **پالس‌دار یا نوسانی** ایجاد می‌کنند. همچنین تحقیقاتی در زمینه **پارچه‌های دارای منطق فلویدیک** برای کاربردهای فناوری پوشیدنی انجام شده است.

منطق فلویدیک می‌تواند برای ساخت **شیرهای بدون قطعات متحرک** استفاده شود، مانند برخی دستگاه‌های بیهوشی.

**نوسان‌سازهای فلویدیک** در طراحی ونتیلاتورهای اضطراری چاپ سه‌بعدی و فعال‌شده با فشار برای دوران همه‌گیری COVID-19 به کار رفته‌اند.

**تقویت‌کننده‌های فلویدیک** برای تولید **اولتراسوند** جهت آزمایش غیرمخرب استفاده می‌شوند، که جریان هوای فشرده را سریع بین خروجی‌ها جابجا می‌کنند.

سیستم **تقویت صوت فلویدیک** در یک کنیسه به نمایش گذاشته شده است، جایی که به دلایل مذهبی نمی‌توان از تقویت‌کننده الکترونیکی استفاده کرد.

**تزریق فلویدیک** در هواپیماها برای کنترل جهت مورد تحقیق است، که به دو روش انجام می‌شود: **کنترل گردش (circulation control)** و **جهت‌دهی رانش (thrust vectoring)**. در هر دو روش، قطعات مکانیکی بزرگ و پیچیده با سیستم‌های فلویدیک جایگزین می‌شوند که نیروهای بزرگ سیال توسط جت‌ها یا جریان‌های کوچک سیال به صورت متناوب منحرف می‌شوند تا جهت وسیله نقلیه تغییر کند. در **کنترل گردش**، نزدیک لبه‌های عقبی بال‌ها، سیستم‌های کنترل پرواز مانند **ایلرون‌ها، بالابرها، فلاپ‌ها و فلپ‌آرون‌ها** با شکاف‌ها یا سوراخ‌هایی جایگزین می‌شوند که جریان سیال تولید می‌کنند.در **جهت‌دهی رانش**، قطعات چرخان نازل موتور جت با بازشوهایی جایگزین می‌شوند که جریان سیال را به جت‌ها تزریق می‌کنند. این سیستم‌ها از طریق اثرات سیال، رانش را منحرف می‌کنند و آزمایش‌ها نشان می‌دهند که هوای تزریق‌شده در جریان خروجی موتور می‌تواند رانش را تا ۱۵ درجه منحرف کند.در چنین کاربردهایی، فلویدیک مزایایی مانند **کاهش وزن، کاهش هزینه (تا ۵۰٪)، کاهش مقاومت هوا (تا ۱۵٪)، کاهش اینرسی برای پاسخ سریع‌تر و قوی‌تر، ساده‌تر بودن مکانیکی، نیاز کمتر به نگهداری و کاهش سطح راداری برای استتار** دارد. انتظار می‌رود این فناوری در بسیاری از **پهپادها، جنگنده‌های نسل ششم و کشتی‌ها** مورد استفاده قرار گیرد.

تا سال ۲۰۲۳، حداقل دو کشور در حال تحقیق بر روی **کنترل فلویدیک هواپیماها** هستند:در بریتانیا، شرکت **BAE Systems** دو هواپیمای بدون سرنشین کنترل‌شده با فلویدیک آزمایش کرده است: یکی در سال ۲۰۱۰ به نام **Demon** و دیگری در سال ۲۰۱۷ به نام **MAGMA** با همکاری دانشگاه منچستر.در ایالات متحده، برنامه **DARPA** به نام **Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors (CRANE)** در حال طراحی و آزمایش یک **X-plane جدید** است که **کنترل جریان فعال (AFC)** را به عنوان معیار اصلی طراحی دارد. این هواپیما در سال ۲۰۲۳ رسماً با نام **X-65** شناخته شد و ساخت آن در زمستان ۲۰۲۴ در شرکت زیرمجموعهٔ بوئینگ، **Aurora Flight Sciences** آغاز شد.پرواز آزمایشی در تابستان ۲۰۲۵ برنامه‌ریزی شده است.

همچنین ربات نرم **Octobot** که در سال ۲۰۱۶ به عنوان یک نمونهٔ مفهومی توسعه یافته و شامل **مدار منطقی میکروفلویدیک** است، توسط محققان **مؤسسه Wyss دانشگاه هاروارد** ساخته شد.

## منابع

رده:دینامیک سیالات
رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر
رده:منطق