Máy tính nước ra đời gần 100 năm trước

Năm 1936, kỹ sư Nga Vladimir Lukyanov chế tạo máy tính cơ học đặc biệt không sử dụng bánh răng và cần gạt mà dùng nước để tính toán.

Máy tích phân nước của Vladimir Lukyanov. Ảnh: kramola

Máy tính đời đầu là những cỗ máy cơ khí được chế tạo từ bánh răng và cần gạt. Các bộ phận này có thể được dịch chuyển với độ chính xác cao. Chúng kết nối với những thành phần khác nhằm mô phỏng mối quan hệ giữa các biến trong phương trình toán học. Bằng cách di chuyển một bánh răng hoặc kéo cần gạt, các chuyên gia có thể thay đổi các biến. Họ sau đó có thể quan sát kết quả trong một bộ bánh răng khác, vị trí mới của những bánh răng này cung cấp đáp án mà họ đang tìm kiếm.

Đầu thế kỷ 20, kỹ sư người Nga Vladimir Lukyanov chế tạo một chiếc máy tính cơ học đặc biệt không sử dụng bánh răng và cần gạt mà dùng nước để tính toán.

Lukyanov là một trong những kỹ sư tham gia xây dựng tuyến đường sắt Troitsk-Orsk và Kartaly-Magnitnaya cuối những năm 1920. Nhằm đảm bảo chất lượng và độ bền của các cấu trúc bêtông cốt thép, nhóm kỹ sư chỉ đổ bêtông vào mùa hè. Dù vậy, bêtông vẫn xuất hiện những vết nứt khi nhiệt độ xuống dưới 0 vào mùa đông.

Lukyanov cho rằng có thể tránh được tình trạng này nếu phân tích cẩn thận sự thay đổi nhiệt độ trong khối bêtông, tùy theo thành phần của bêtông, xi măng, công nghệ và các điều kiện bên ngoài. Ông bắt đầu nghiên cứu điều kiện nhiệt độ trong cấu trúc bêtông, nhưng những phương pháp tính toán thời đó không thể đưa ra lời giải nhanh chóng và chính xác cho các phương trình vi phân phức tạp về nhiệt độ.

Trong lúc tìm cách giải quyết, Lukyanov phát hiện rằng dòng nước chảy, xét theo nhiều khía cạnh, có quy luật tương tự sự phân bố nhiệt. Nếu chế tạo một chiếc máy tính có thành phần chính là nước, ông có thể hình dung được quá trình nhiệt vốn vô hình.

Năm 1936, Lukyanov chế tạo nguyên mẫu "máy tích phân nước" đầu tiên tại Viện nghiên cứu Đường và Xây dựng. Thời điểm đó, đây là máy tính duy nhất có thể giải được các phương trình vi phân đạo hàm riêng.

Máy tích phân nước của Lukyanov là một hệ thống ống nước ấn tượng. Cỗ máy lớn tương đương tủ quần áo, gồm nhiều máy bơm và ống nối với nhau. Mực nước trong các ngăn khác nhau biểu thị các số được lưu trữ và tốc độ dòng chảy giữa chúng biểu thị các phép toán. Kết quả được thể hiện trong một biểu đồ.

Những nguyên mẫu đầu tiên của máy tích phân nước được làm từ tôn lợp, kim loại tấm, ống thủy tinh và chỉ dùng để tính toán trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt. Những mẫu ra đời sau có thể giải quyết nhiều vấn đề phức tạp hơn, giúp tăng đáng kể tính ứng dụng.

Những năm 1950, một máy tích phân nước được chế tạo với các bộ phận có thể tháo rời và ráp lại theo nhiều cấu hình khác nhau, tùy vào tính chất và độ phức tạp của vấn đề cần giải quyết. Tính ứng dụng của máy tích phân nước dần trở nên lớn đến mức cỗ máy được sản xuất hàng loạt để sử dụng trong các phòng thí nghiệm và cơ sở giáo dục trên khắp Liên Xô. Chúng được sử dụng cho rất nhiều mục đích, ví dụ như giải quyết vấn đề xây dựng trên cát ở Trung Á và tầng đất đóng băng vĩnh cửu, nghiên cứu nhiệt độ của tấm băng Nam Cực, giải quyết các vấn đề trong khoa học tên lửa.

Bất chấp sự xuất hiện của máy tính điện tử, máy tích phân nước của Lukyanov vẫn tiếp tục được sử dụng suốt một thời gian dài. Chỉ đến những năm 1980, với sự phát triển của máy tính kỹ thuật số tốc độ cao nhỏ gọn hơn, máy tích phân nước mới bắt đầu trở nên lỗi thời. Hiện tại, chỉ còn hai máy tích phân nước Lukyanov được lưu giữ trong Bảo tàng Bách khoa ở Moskva, Nga.

Thu Thảo (Theo Amusing Planet)