Из чего сделан станок: Из чего состоит фрезерный станок

alexxlab | 28.05.2023 | 0 | Разное

Что такое станок с ЧПУ: устройство и принцип работы

Оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ), это одно из наиболее производительных и эффективных средств обработки различных материалов, в том числе древесины и выпуска сложных изделий. Такие станки оснащаются микро компьютерами, содержащими в своей памяти команды для операций, выполняемых исполнительными устройствами – сервоприводами рабочих инструментов. Последовательность действий задаётся внешней программой, которая разрабатывается на CAD в специальном программном обеспечении, которая автоматизирует процесс проектирования. После того как виртуальный чертёж изделия был создан, осуществляется экспорт / генерация G-кода, который впоследствии загружается в микроконтроллер и содержит всю последовательность действий по обработке детали.

Особенности конструкции (500)

Основным элементом станка с ЧПУ, который отличает его от ручного оборудования, является устройство программно-аппаратного управления. В зависимости от модели она может иметь различные схемы. Однако её основное назначение интерпретировать полученный программный код в действия исполнительных устройств, а также осуществлять контроль на их функционированием, изменением формы заготовки и общим состоянием всех функциональных элементов оборудования.

Управление периферийным оборудованием осуществляется через следующие устройства:

• Электропривод главного движения с обратной связью;
• Контроллер перемещений на основе фотоэлектрического преобразователя;
• Различные каналы входа-выхода обеспечивающие двухстороннюю связь между контроллером и исполнительными устройствами шпинделя, револьверного барабана, серводвигателями портала и т.п.

Фрезерный станок с ЧПУ

Кроме стандартных элементов присущих любому оборудованию с электронным управлением фрезерный станок по дереву с ЧПУ имеет вертикальный или горизонтальный шпиндель, как альтернатива фрезерный автомат, где головка шпинделя установлена на шарнирное соединение, позволяющее выполнять как вертикальную, так и горизонтальную обработку.

Кроме того в стандартную комплектацию входят предохранительные устройства и концевые выключатели отключающие подачу электричества при чрезвычайной ситуации, вызванной сбоями в программе. Гидравлическая или пневматическая системы перемещение портала – при необходимости работы с особо твердыми породами древесины и приложении увеличенной нагрузки.

Комплектующие

Набор комплектующих для оборудования с ЧПУ напрямую зависит от его типа. Однако есть детали общие для принципиальной конструкции таких станков:

• Станина – в зависимости от габаритных размеров оборудования может быть как напольной, так и настольной;
• Портал – комплект направляющих по которым рабочая часть перемещается в двух- трёхмерной оси координат;
• Силовые агрегаты – представляют собой сервоприводы, приводящие в движение портал, а также электродвигатель передающей вращательное движение шпинделю;
• Различные механические детали: рельсовые направляющие, валы, подшипники, муфты и т. п.;
• Контроллер управления – коммуникационная плата, на которой осуществляется запись программы, я датчики контролирующие работу устройства;
• Источники питания.

Область применения

Область применения деревообрабатывающего оборудования с ЧПУ весьма разнообразна и напрямую зависит от его типа. Чаще всего для обработки древесины используются следующие виды станков:

1. Токарные или токарно-фрезерные – используются для изготовления тел вращения имеющих сложный профиль. К примеру, балясины для лестниц, ножки для стульев и различные декоративные элементы;
2. Фрезерно-гравировальные – используется для формирование и гравировки плоских и криволинейных поверхностей;
3. Лазерные – в зависимости от типа, применяемого в конструкции лазера, а также набора оптики для фокусировки луча могут применяться для гравировки по технологии точечного обогревания или резки массива древесины и плит из древесного композита: ДСП, МДФ, OSB, ЛДСП, фанеры и т. п.

При помощи оборудования под программным управлением можно создавать художественные прикладные шедевры 

Используемые материалы

Из самого названия понятно, что основным назначением деревообрабатывающего станка с ЧПУ является определённое воздействие на древесину. Однако, большинство оборудование такого типа является более универсальным. Всего помощью можно обрабатывать композитные материалы на основе древесины: фанеру, OSB, ДСП / ЛДСП, МДФ и т.п.

При этом необходимо помнить, что для полимерных изделий существуют совершенно иные пороги термического воздействия. Что должно отражаться в программах по обработке этого материала. Некоторые производители указывают соответствующие допуски в стандартном программном обеспечении, которое поставляется в комплекте. Для других типов оборудования данные показатели необходимо вывести эмпирически.

 Процесс создания резной ножки

Возможная продукция

Область использования различных деревообрабатывающих станков с ЧПУ чрезвычайно широка. Они применяются при изготовлении рекламной продукции, упаковки, мебели, при производстве, игрушек, фурнитуры, дизайнерских изделий для интерьера и т.п.

Из наиболее распространённых областей применения можно отметить следующие:

Раскрой листов для изготовления элементов вывесок, из оргстекла или других полимерных материалов. Надписи на древесине и фанере, которая используется в качестве сувенирной продукции: брелоки, подставки под стаканы и чашки для кофе, меню в кафе, канцелярские наборы и многое другое;

Меню для кафе

Очень широко применяется фрезеровка на станках ЧПУ в мебельном производстве. С её помощью изготавливают как отдельные конструкционные детали мебели, так и различную фурнитуру и декоративные элементы.

Оригинальная мебель, все элементы которой сделаны на станке с ЧПУ

Также при помощи фрезера с ЧПУ выполняют отделку мебельных фасадов.

Оборудование с ЧПУ является идеальным средством производства сложных декоративных элементов используемых в дизайне интерьеров.

Декоративные элементы для украшения интерьера

Достоинства и технические ограничения

Использование станков с ЧПУ по дереву даёт массу преимуществ, из которых специалисты выделяют следующие наиболее важные:

Автоматизация производственного процесса, ограничивающая воздействие человеческого фактора. Станок самостоятельно выполняет основные действия по обработке детали:

• Выбор рабочего инструмента – при наличии револьверной головки;
• Перемещение рабочего инструмента с оптимальной интенсивностью и заданной точностью;
• Контроль скорости и при необходимости изменение направления и скорости вращения шпинделя.
• Это обеспечивает высокое качество детали или изделия.

Точность обработки. Использование ЧПУ позволяет минимизировать отклонения от требуемых размеров обрабатываемые детали. Некоторые модели позволяют достичь стопроцентной точности при постоянной повторяемости процессов.

Что практически невозможно, если обработку осуществляет оператор на ручном оборудовании.

Высокая скорость выполнения операций – основной критерий производительности. Использование станков с ЧПУ значительно снижает время простоя оборудования, а также ускоряет все процессы, исключив необходимость систематической остановки устройств для выполнения промежуточных замеров.

Гибкость производства. Чтобы перейти от выпуска одной детали к другой, независимо от сложности её формы, количества и разнообразия процессов обработки, необходимо просто заменить программу.

Снижение потребности в расходных материалах. Режущий инструмент эксплуатируется в оптимальном режиме, что существенно повышает его ресурс. Это приводит к дополнительной экономии средств и снижении себестоимости продукции.

• Однако, использование станков с ЧПУ имеет определенные недостатки технические ограничения:
• Высокая стоимость, определяющая необходимость крупных первоначальных инвестиций;
• Высокие требования к квалификации персонала, осуществляющего техническое обслуживание или необходимость привлечения внешних специалистов из специализированных организаций;
• Обеспечение приемлемых условий эксплуатации: температура, влажность, запыленность;
• Необходимость переквалификации или наём нового инженерного персонала, осуществляющего разработку и проектирование деталей.

Критерии выбора

Выбирая станок с ЧПУ по дереву, прежде всего, необходимо определиться с областью его использования. Какие задачи стоят перед оборудованием? Фрезерные – используются для плоского, контурного или ступенчатого фрезерования, также они могут высверливать различные отверстия и формировать пазы, нарезать или растрачивать резьбу, выполнять другие процессы обработки детали. Токарные – обрабатывают заготовку в процессе вращения. Результат их действий менее разнообразен. Как правило, это изделия цилиндрической, сферической или конической формы. Однако с помощью одной из разновидностей такого оборудования – карусельных токарных станков можно выполнять подрезку торцов, формировании канавок и пазов и т.п.

После определения назначения станка с ЧПУ необходимо подобрать его эксплуатационные характеристики:

Скорость вращения двигателя. Общепринятый стандарт для обычного оборудования составляет 4-8 тыс. об/мин. Для горизонтальных моделей токарных станков этот показатель может возрасти до 10-20 тыс. об/мин. Обороты высокоскоростных, наиболее дорогостоящих, станков с ЧПУ по дереву, могут достигать 40-50 тыс. об/мин. Кроме того следует обратить внимание на тип управления силовым приводом. В бюджетных версиях используется шаговое управление скоростью. Это может привести к существенному снижению точности обработки детали. Поэтому, если изделие должно иметь минимальные допуски, то рекомендуется использовать серводвигатели с плавным переключением скоростей.

Рабочая зона. Определяющим фактором является габаритные размеры рабочей зоны тесно связанные с высотой портала. От этого зависит габариты обрабатываемого изделия, который не должны выходить за пределы рабочей поверхности станка. Кроме того, следует учитывать необходимость установки и фиксации обрабатываемой заготовки.

Точность обработки. Определяется таким показателем, как контрольный критерий точности. Большинство станков с ЧПУ имеют этот показатель в диапазоне 20-30 контрольный критериев. При этом наиболее важными является точность:

• Позиционирования по оси;
• Повторного позиционирования;
• Криволинейной формы детали обрабатываемой по двух осях и т. п.

Способ управления. Существует три основных типа управление станком ЧПУ:

1. Посредством подключения к персональному компьютеру через плату. На ПК устанавливается специализированное программное обеспечение. Куда входит, как управления сервоприводами станка, так и создание чертежа детали. Такой способ является оптимальным для индивидуальных и мелкосерийных производств;
2. DSP контроллер – микро-эвм, которое устанавливается непосредственно в оборудование. Его основная функция является контроль всех рабочих параметров и управления исполнительными устройствами. Получение команд на обработку осуществляется путём записи специального кода, сгенерированного программой по проектированию с диска, флешки или другого информационного носителя. Такой вариант управления станком с ЧПУ используется при серийном производстве, когда изменения управляющей программы осуществляются довольно редко.
3. Сетевое управление с обратной связью. На данное время является наиболее совершенным. Позволяет не только записывать информацию по процедурам обработки одновременно несколько установок, но и выполняет целый ряд других функций: контроль длины режущего инструмента, автоматическая смена инструмента, обратная связь с сервоприводами для особо точного позиционирования заготовки и т.п.

Среди других критериев, по которым стоит выбирать станок с ЧПУ для древесины, можно отметить:

• Уровень сложности обрабатываемые детали;
• Стоимость обслуживания оборудования;
• Сложность работы со станком – сколько потребуется ручника процессов для подготовки и запуска оборудования;
• Стоимость обработки одной детали и т.п.

Особенности функционирования и меры безопасности при работе

Инструкция по технике безопасности станков с ЧПУ мало отличается от стандартных правил эксплуатации любого производственного оборудования. Перед допуском оператора к работе он проходит обучение со сдачи соответствующих тестов на знание функциональности оборудования и техники безопасности. В соответствии с проверкой оператору может быть присвоен определённый ранг / класс / разряд. Из наиболее важных правил техники безопасности стоит отметить следующие:

• Эксплуатация устройства запрещается в помещениях с повышенной влажностью, недостаточной освещенностью, наличием огнеопасных жидкостей и горючих газов;
• Оборудование следует останавливать в следующих случаях: при замене режущего инструмента, установке / снятии детали, проведении контрольных замеров;
• Одежда оператора не должна иметь свободных или развивающихся элементов, браслетов, галстуков, которые могут быть затянуты в станок.

ВАЖНО! Следует понимать, что даже тотальная автоматизация средств производства не означает снижение квалификационных требований к рабочему персоналу. Действие оператора заключается не только в установке заготовки и извлечении готовые детали после обработки. Он должен систематически выполнять контрольные замеры, определять износ режущей кромки рабочего инструмента, выполнять диагностику оборудования и его первичное техническое обслуживание.

История создания станков. История создания фрезерного станка

Gistroy – портативное оборудование

Все что нужно знать

История фрезерных станков, как и любого другого производственного механизма, длинная и многогранная. Ученные и изобретатели разных поколений, начиная с Леонардо Да Винчи, трудились и открывали новые принципы взаимодействия механизмов, получив устройство, которое облегчило тяжелый труд обработки различных материалов. С давних времен человечество не стояло на месте, изобретало и усовершенствовало приспособления, делая их более автоматизированными, с минимальным участием человека в истории создания

Итальянский ученый, писатель, художник и изобретатель Леонардо Да Винчи первым описал принцип фрезерования в 16 веке. Эскиз ученного представлял собой вращающийся круглый напильник. Позже в 1668 году в Китае принцип фрезерования был применен для обработки плоскости крупной детали астрономического прибора. Он был изобретен Фердинанндом Фербистом. Император Китая для изготовления астрономического прибора потребовал создать бронзовое кольцо. Для его создания Фердинанд положил отлитую заготовку на твердый фундамент

Пару фрез были прикреплены к брусу, который имел возможность вращаться вокруг центральной точки, совпадавшей с центральной точкой детали, которая подвергалась обработки. На режущий инструмент для регулирования глубины реза укладывали груз. Весь механизм приводился в движение животным – мулом.

Позднее, к половине XVIII века в 1725 году русским ученым Андреем Константиновичем Нартовым в рукописи «Театрум Махинарум» был описал фрезерный станок для обработки углублений на изделиях из кости.

Только в 19 веке американец Эли Уитни использовал принцип обработки материала с помощью фрезы для производственных нужд. Уитни первым внедрил фрезерный аппарат для создания канавок, обработки материалов, что заменяло строгание и другие виды обработки материалов.
Продолжаем историю создания.
История указывает, что молодой изобретатель Эли Уитни 1805 году получил заказ на изготовление 10 000 ружей. Для такого объема необходимо было усовершенствовать аппарат. Детали оружий обрабатывались по лекалу с помощью метода обката фрезой. Данная система требовала людей с высокой квалификацией и знанием дела. Для каждой операции с деталями был оборудовал отдельный аппарат. Только в 1811 года заказ был выполнен, но не полностью. Несмотря на это, Уитни был дан еще один заказ, но уже на 15 000 оружий, который был сделан за 2 года.

Станок Эли Уитни являлся консольным, имел автоматическую подачу через червячную (так называют механическую передачу, которая реализуется при помощи зацепления резьбы ведущего вала и связанного с ним зубчатого колеса). Он состоял из рабочего стола, передаточного вала червяка, 1 шпинделя, червячного колеса, ручки для подачи. Созданный в 1818 году он использовался на оружейном заводе в Уитнивилле около Нью-Хевена в Америке.

Первый промышленный станок Эли Утни

Станок Эли Уитни. Период создания 1807-1809 годов

На сегодняшний день фрезерный аппарат Эли Уитни 1818 года является музейным экспонатом в Мезонской механической лаборатории Иельского университета.

Станок Эли Уитни. Период создания с 1810 года

Станок Э. Уитни. Период создания с 1818 года

Устройство фрезерного аппарата Эли Уитни. Основание было сделано из деревянного бруса, который опирался на железные подножки. Шпиндель диаметром 62 мм поддерживали два подшипника из металла. Между последними располагался двухступенчатый шкив из дерева, приводившиеся в движение ремнем. К нижней части бруса был прикреплен еще один брус, который представлял собой опору для кронштейна, поддерживающего валик механизма подачи. На валике находился деревянный шкив, который приводил его в движение и бронзовый червяк. Червячный вал расположен в зацеплении с зубчатым колесом, который был посажен на винт, осуществлявший механическую подачу стола лучшую в истории создании станков

Данный аппарат на половину был создан из дерева и имел грубый, кустарный вид. К тому времени на большинстве оружейных заводах уже отказались от механизмов из древесины. Тем не менее, с точки зрения конструкторской мысли, он отвечал всем требованиям совершенства и новаторства, так как в нем было немало автоматизированных частей, которые используются и по сей день.

Изобретатель не остановился на достигнутом и в 1921 году усовершенствовал его, добавив автоматическую подачу и вертикальную автоматическую подачу шпинделя.

Русский учетный, химик-технолог Иосиф Христианович Гамель в 1826 году представил свою версию, который имел железную станину и охлаждающее устройство.

Устройство И.Х. Гамеля. Целая история

Как показано на рисунке выше, ствол ружья располагался между двух зажимов или «лисичек», которые, в свою очередь, были соединены стержнем с зубчатой рейкой. Рукоятка и зубчатое колесо располагались на одном валу. С помощью данной рукоятки ствол вместе с «лисичками» передвигался к фрезе, расположенной с торца аппарата. Фреза была закреплена на шпинделе при помощи штыкового соединения (быстрого соединения посредством перемещения и поворота по осевой одной детали относительно другой). Этот принцип давал возможность включать и выключать фрезу при помощи рукоятки самой маленькой в истории создании чпу

Данный аппарат являлся первым из более автоматизированных, со времени фрезерного устройства Эли Уитни и был использован на Тульском оружейном заводе для обработки казенной части ствола.

Целая история

Американская фирма «Gay,SilverandCo» сделала большой шаг к современным фрезерным станкам в 1835 году. Аппарат данной фирмы был расположен на колоде, на которой держалась вся конструкция. На волу со шкифов (колесо, которое приводит в движение приводной ремень) располагалось зубчатое колесо, находившееся в сцепке с еще один колесом, которое имело такое количество зубьев, как и первое. Последнее было помещено на оправу. На указанной оправе находилась фреза. На колоде располагалось приспособление для фиксирования обрабатывающей поверхности. Также на нем было расположено устройство для вертикального перемещения фрезы.

Более усовершенствованный аппарат, который первым был использован для производства невоенного характера – станок Жд. Ренни. Данный горизонтально-фрезерный станок был создан для обработки граней гаек. Последний отличался от своих предшественников тем, что в нем отсутствовала необходимость в соответствии главного движения и движения подачи. Движение подачи было обеспечено гибкой связью и храповым механизмом (представляет собой зубчатый механизм, в котором храповик позволяет вращаться только в одном направление и блокирует вращение в противоположном). Современным, по мерках того времени, в фрезерном станке Дж. Ренни являлось поворотное приспособление для установки и закрепления обрабатываемой детали. Данный механизм давал возможность объединить несколько мелких деталей (гаек) на одной оправке для того чтобы обрабатывать больше количество деталей за одно и тоже время. Данные отличительные характеристики используются в современных металлорежущих станках. Фрезерный станок Дж. Ренни мог быть использован не только как специализированный, но и как обычный горизонтально-фрезерный это интересное решение в истории создания

Целая история

Американская фирма «Линкольн», которая на сегодняшний день специализируется на производстве высококлассных автомобилей, также не отставала от технического прогресса в сфере создания и совершенствования станков. В 1855 году сконструировала станок, который уже имел не деревянную колоду, а литую станину. Движение стола осуществлялось с помощью ременной передачи (при помощи гибкого приводного ремня) и червячного механизма. Для передвижения стола вручную аппарат был оборудован маховиком и ходовым винтом, а перемещение фрезы выполнялось по вертикали с помощью перемещения подшипников оправки.

Целая история

Один из горизонтально-фрезерных консольных станков был в 1861 году изобретен фирмой Броин и Шарп. Отличительной характеристикой данного станка являлись автоматическая продольная подача, а также поворотная головка история не спит, прогресс не стоит

Далее фрезерные станки все более и более усовершенствовались, в их механизмы добавляли новые детали и принципы работы. Внешний вид также видоизменялся, добавлялись детали из высокопрочных материалов. Научный прогресс добавлял в них все более упрощенные принципы, которые давали возможность повысить производительность фрезерного станка в целом. Все больше создают узкоспециализированные станки, которые настроены на работу с определенным материалом и на создание определенных изделий. Это большой плюс, так как специализированные станки создают изделия повышенного качества, которые обладают большим спросом на рынке.

Научный прогресс шагнул еще дальше и на сегодняшний день существуют фрезерные станки с числовым программным обеспечением или ЧПУ. Данная система направлена на автоматизацию всего процесса с минимальным участием человека в работе. При помощи ЧПУ достаточно выбрать программу, в которой будет указан эскиз желаемой детали, и запустить аппарат.

Развитие фрезерных станков продолжается по сегодняшний день и идет в ногу с научным прогрессом.

made — определение слова «сделано машиной» в The Free Dictionary

Также найдено в: Тезаурус.

Машел

прил.

(машиностроение), изготовленная или построенная Machine

Collins English Dictionary-Полный и неисправный, 12-е издание 2014 г. © Harpercollins Publishers 1991, 1994, 1998, 2000, 2003, 2006, 2007 , 2009, 2011, 2014

ТезаурусАнонимыРодственные словаСинонимы Легенда:

Перейти к новому тезаурусу

Рег.

1.

машинного производства – машинного производства       ручного изготовления, ручной работы – изготовленного вручную или ручным способом; “нежные детские платья ручной работы”

На основе WordNet 3. 0, коллекции клипартов Farlex. © 2003-2012 Принстонский университет, Farlex Inc. 1971, 1988 © HarperCollins Publishers 1992, 1993, 1996, 1997, 2000, 2003, 2005

Упоминается в ?

• Alençon lace
• Axminster carpet
• Brussels carpet
• Brussels lace
• deckle
• deckle edge
• Depression glass
• din
• edge
• handmade
• jersey
• machine
• made
• Point applique
• Сеть очков
• устойчивый
• кружево торшон
• тюль

Ссылки на классическую литературу ?

Его машинные рассказы, хотя он их ненавидел и высмеивал, имели успех.

Затем, в один прекрасный день, ему вернулись по почте десять его безупречных машинных рассказов.

Посмотреть в контексте

Только одинокий тростниковый воробей с надтреснутым голосом приветствовал ее из кустов у реки грустным машинным тоном, напоминающим голос прошлой подруги, чью дружбу она изжила.

Взгляд в контексте

Абстрактное, типичное, общее — везде превозносилось за счет образа, конкретного опыта, жизненного факта. Лоуэлл заявляет, что он «полностью проигнорировал воображение и послал Природу заниматься своими делами в виде дерзкого багажа, домашний ткацкий станок которого незаконно конкурировал с машинными тканями королевских мануфактур с таким изысканным узором». Еще более враждебен Мэтью Арнольд: «Разница между подлинной поэзией и поэзией Драйдена, Поупа и всей их школы вкратце заключается в следующем: их поэзия мыслится и сочиняется в их уме, подлинная поэзия сочиняется и сочиняется в душе.

Посмотреть в контексте

Конечно, я знаю, что труды лучших людей, созданных машинами, используются с разумной осторожностью и так далее.

Посмотреть в контексте

Последние дизайны имеют перекрашенный и состаренный внешний вид, что создает внешний вид, не характерный для традиционных ковров машинного производства.

Surya

Среди важных новостей здесь было введение линии машинного производства.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ MOMENI HEAT UP ATLANTA

Хотя конструкции Габо часто воспринимаются как таковые, они не просто являются триумфом техники (кстати, очень личной технологии; несмотря на всю видимость машинной точности, художник продевает проволоку вручную), они также чрезвычайно выразительны.

NAUM GABO PACEWILDENSTEIN

По словам производителей, в 2013 году несколько областей, таких как ручная и машинная вышивка, показали хорошие результаты.

Восстановление продолжается

COURISTAN добавляет новые дизайны и цветовые схемы к существующим коллекциям ручной и машинной работы, включая коллекцию Aristocrat, коллекцию Kashimar и коллекцию Oasis…

КРАТКИЕ НОВОСТИ

Когда в конце 80-х Розмари Трокель начала выставляться в Нью-Йорке, ее самые известные работы — изделия из шерсти машинного производства, представленные как «картины», и минималистские кубики с варочными горелками — казалось, относили ее к категории интересует женская домашняя сфера.

Розмари Трокель

“Добавляя подход массового рынка, мы можем обслуживать все сегменты бизнеса, не мешая текущим проектам.” Бренд сосредоточится на машинной, тафтинговой, ткацкой и печатной продукции и вскоре запустит свой собственный веб-сайт по адресу artist-weavers.com.

Художественные ткачи расширяют свое присутствие на рынке Нью-Йорка

Браузер словарей ?

• ▲
• Машино -обучение
• Машина
• Операция по машине
• Машино -пистолет
• Машино -политик
• Машина.
• Строительный инструмент
• машинный перевод
• СВИТАЯ СВИТА
• МУЖЧИНА
. -пулемётный
• пулемётный
• машинный
• машинный
• механизированный
• машиноориентированный язык
• механик
• Машино читаемый
• Машино читаемого текста
• Машина
• . мачо
• мачо
• мачо-мужчина
• махри
• machtpolitik
• Мачу-Пикчу
• вирус Мачупо
• -махи
• махзор
• Масиас Нгема
• ▼

Полный браузер ?

Программируемая и автономная вычислительная машина из биомолекул

• Опубликовано: 22 ноября 2001 г.

• Яаков Бененсон ^1,2 ,
• Тамар Пас-Элизур ² ,
• Ривка Адар ² ,
• 9 7 2 , 9046 Эхуд056
• Цви Ливнех ² и
• …
• Эхуд Шапиро ^1,2  

Природа том 414 , страницы 430–434 (2001 г.)Процитировать эту статью

• 4525 доступов

• 542 Цитаты

• 28 Альтметрический

• Сведения о показателях

Abstract

Устройства, преобразующие информацию из одной формы в другую в соответствии с определенной процедурой, называются автоматами. Одним из таких гипотетических устройств является универсальная машина Тьюринга 9.0269 1 , что стимулировало работу, ведущую к разработке современных компьютеров. Машина Тьюринга и ее особые случаи ² , включая конечные автоматы ³ , работают путем сканирования ленты данных, чья поразительная аналогия с биополимерами, кодирующими информацию, вдохновила несколько проектов молекулярных ДНК-компьютеров ^4,5,6,7,8 . Лабораторные вычисления с использованием ДНК и протоколов с участием человека были продемонстрированы ^{9,10,11,12,13,14,15} , но реализация вычислительных устройств, работающих автономно на молекулярном уровне, остается редкостью ^{16,17,18,19,20} . Здесь мы описываем программируемый конечный автомат, состоящий из ДНК и управляющих ДНК ферментов, который автономно решает вычислительные задачи. Аппаратное обеспечение автомата состоит из нуклеазы рестрикции и лигазы, программное обеспечение и входные данные закодированы двухцепочечной ДНК, а программирование сводится к выбору соответствующих программных молекул. При смешивании растворов, содержащих эти компоненты, автомат обрабатывает входную молекулу через каскад циклов рестрикции, гибридизации и лигирования, создавая обнаруживаемую выходную молекулу, которая кодирует конечное состояние автомата и, следовательно, результат вычислений. В нашей реализации 10 ¹² автоматы, использующие одно и то же программное обеспечение, работают независимо и параллельно на входах (которые в принципе могут быть разными) в 120  мк л раствора при комнатной температуре с общей скоростью 10 ⁹ переходов в секунду с переходом достоверность более 99,8%, потребление менее 10 ^-10  W.

Это предварительный просмотр контента по подписке, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи в открытом доступе со ссылкой на эту статью.

• Применение синтетической ДНК в информационных технологиях

  • Линда К. Мейзер
  • , Бихлиен Х. Нгуен
  •  … Роберт Н. Грасс

  Связь с природой Открытый доступ 17 января 2022 г.

• Эффективный параллельный вывод коротких отличительных последовательностей для недетерминированных конечных автоматов с использованием MapReduce

  • Билал Эльгадири
  • , Фейссал Уарди
  •  … Себастьян Верель

  Журнал больших данных Открытый доступ 20 ноября 2021 г.

Варианты доступа

Подпишитесь на этот журнал

Получите 51 печатный выпуск и доступ в Интернете

199,00 € в год

всего 3,90 € за выпуск

Узнать больше

Взять напрокат или купить эту статью

3 эту статью до тех пор, пока она вам нужна

$39,95

Подробнее

Цены могут облагаться местными налогами, которые рассчитываются при оформлении заказа

Рис. 1. Конечные автоматы с двумя состояниями (S0 и S1) и двумя символами (a и б). Рисунок 2: Детали конструкции и механизм работы молекулярного конечного автомата. Рисунок 3: Запуск программ-автоматов на входах. Рисунок 4: Проверка рабочего механизма.

Ссылки

1. Тьюринг, А. М. О вычислимых числах, с приложением к проблеме Entcheidung. Проц. Лонд. Мат. соц. II сер. 42 , 230–265 (1936).

   МАТЕМАТИКА Google Scholar

2. Хопкрофт, Дж. Э., Мотвани, Р. и Ульман, Дж. Д. Введение в теорию автоматов, языки и вычисления , 2-е изд. (Аддисон-Уэсли, Бостон, Массачусетс, 2000).

   МАТЕМАТИКА Google Scholar

3. McCulloch, WS & Pitts, W. Логическое исчисление, имманентное нервной деятельности. Бык. Мат. Биофиз. 5 , 115–133 (1943).

   Артикул MathSciNet Google Scholar

4. Беннет, Ч. Х. Термодинамика вычислений — обзор. Междунар. Дж. Теор. физ. 21 , 905–940 (1982).

   Артикул Google Scholar

5. Ротемунд, П. В.К. в Компьютеры на основе ДНК: материалы семинара DIMACS, 4 апреля 1995 г., Принстонский университет (редакторы Липтон, Р.Дж. и Баум, Э.Б.) 75–119 (Американское математическое общество, Провиденс, Род-Айленд, 1996).

   Книга Google Scholar

6. Smith, WD in DNA Based Computers: Proceedings of the DIMACS Workshop, 4 апреля 1995 г., Принстонский университет (редакторы Lipton, RJ & Baum, EB) 121–185 (American Mathematical Society, Providence, Rhode Island, 1996).

   Книга Google Scholar

7. Гарсон, М. и др. в Реализация автоматов: конспект лекций по информатике 1436 (ред. Вуд, Д. и Ю, С.) 56–74 (Springer, Берлин, 1998).

   Книга Google Scholar

8. Шапиро, Э. и Карунаратне, К.С.Г. Метод и система вычислений, подобные машине Тьюринга. Патент США 6 266 569 (2001 г.).

9. Адельман Л.М. Молекулярные вычисления решений комбинаторных задач. Наука 266 , 1021–1024 (1994).

   Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

10. Липтон, Р. Дж. ДНК-решение сложной вычислительной задачи. Наука 268 , 542–545 (1995).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar

11. Оуян, К., Каплан, П.Д., Лю, С. и Либчабер, А. ДНК-решение задачи о максимальной клике. Наука 278 , 446–449 (1997).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar

12. Ландвебер, Л. Ф., Липтон, Р. Дж. и Рабин, М. О. в Компьютеры на основе ДНК III: Семинар DIMACS, 23–27 июня 1997 г., Пенсильванский университет (редакторы Рубин, Х. и Вуд, Д. Х.) 161–172 (Американское математическое общество, Провиденс, Род-Айленд, 1997).

    Google Scholar

13. Лю, К. и др. ДНК-вычисления на поверхностях. Природа 403 , 175–179 (2000).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar

14. Фолхаммер Д., Кукрас А. Р., Липтон Р. Дж. и Ландвебер Л. Ф. Молекулярные вычисления: РНК-решения шахматных задач. Проц. Натл акад. науч. США 97 , 1385–1389 (2000).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar

15. Рубен А. Дж. и Ландвебер Л. Ф. Прошлое, настоящее и будущее молекулярных вычислений. Nature Rev. Мол. Клеточная биол. 1 , 69–72 (2000).

    Артикул КАС Google Scholar

16. Winfree, E. , Liu, F.R., Wenzler, L.A. & Seeman, N.C. Проектирование и самосборка двумерных кристаллов ДНК. Природа 394 , 539–544 (1998).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar

17. Сакамото, К. и др. Переходы состояний молекулами. Биосистемы 52 , 81–91 (1999).

    Артикул КАС Google Scholar

18. Хартеминк, А. Дж., Гиффорд, Д. К. и Ходор, Дж. Автоматизированный выбор нуклеотидной последовательности на основе ограничений для вычисления ДНК. Биосистемы 52 , 227–235 (1999).

    Артикул КАС Google Scholar

19. Ходор Дж. и Гиффорд Д. К. Проектирование и внедрение вычислительных систем на основе запрограммированного мутагенеза. Биосистемы 52 , 93–97 (1999).

    Артикул КАС Google Scholar

20. Мао, К. , Лабин, Т. Х., Рейф, Дж. Х. и Симан, Н. К. Логические вычисления с использованием алгоритмической самосборки молекул тройного кроссовера ДНК. Природа 407 , 493–496 (2000).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google Scholar

21. Чандрасегаран, С. и Смит, Дж. Химерные рестриктазы: что дальше? биол. хим. 380 , 841–848 (1999).

    Артикул КАС Google Scholar

Скачать ссылки

Благодарности

Мы благодарим I. Sagi и A. Yonath за использование их лаборатории для нашей первой серии экспериментов, а также S. Shuping, A. Regev и N. Kessler за помощь и советы. Э.К. является заведующим кафедрой биотехнологии Бенно Гиттера и Иланы Бен-Ами в Технионе. З.Л. является заведующим кафедрой биомедицинских исследований Максвелла Эллиса. Эта работа была поддержана Центром биомедицинских исследований Долфи и Лолы Эбнер.

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Департамент компьютерных наук и прикладной математики, Научный институт Вейцмана, Реховот 76100, Израиль,

   Yaakov Benenson & Ehud Shapiro

2. Департамент биологической химии, Институт науки Вайзмана, Реховот, 76100, Израиль

   Яаков Бененсон, Тамар Паз-Элизур, Ривка Адар, ZVI Livnehry.9005.

8. 8... 8.............. 8..0010 Кафедра химии и Институт катализа, науки и технологии Технион – Израильский технологический институт, Хайфа, 32000, Израиль

Эхуд Кейнан

3. Кафедра молекулярной биологии и Институт химической биологии Скаггса, Исследовательский институт Скриппса, Ла-Хойя, 92037, Калифорния, США

   Эхуд Кейнан

Авторы

1. Яаков Бененсон

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

2. Тамар Пас-Элизур

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Ривка Адар

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Ehud Keinan

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Zvi Livneh

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

6. Ehud Shapiro

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за корреспонденцию

Эхуд Шапиро.

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эта статья цитируется по номеру

• Молекулярный храповик для чтения ленты

  • Янсон Рен
  • Ромен Жамань
  • Дэвид А. Ли

  Природа (2022)

• Преобразование химических веществ в молекулярные вычисления с использованием двигателей на основе ДНК со встроенной логикой

  • Сельма Пираней
  • Алисина Базрафшан
  • Халид Салаита

  Природа Нанотехнологии (2022)

• Применение синтетической ДНК в информационных технологиях

  • Линда С. Мейзер
  • Бихлин Х. Нгуен
  • Роберт Н. Грасс

  Nature Communications (2022)

• Регулятор концентрации ДНК, которым можно управлять в течение длительного времени

  • Такаши Накакуки
  • Кейджи Мураяма
  • Хироюки Асанума

  Компьютеры нового поколения (2022)

• Эффективный параллельный вывод коротких отличительных последовательностей для недетерминированных конечных автоматов с использованием MapReduce

  • Билал Эльгадири
  • Фейссал Уарди
  • Себастьен Верель

  Журнал больших данных (2021)

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества.