¿Cómo se desarrollaría un transistor en un entorno medieval?

Anteriormente hice un comentario ligeramente sarcástico sobre la pregunta, pero decidí que merece una respuesta más completa. No solo quieres el transistor. Quieres la tecnología que lo habilitó. El problema es que el transistor es inútil sin muchas otras tecnologías a su alrededor. Para "radio y computadora", necesitas muchísimo. Necesita tecnología de minería, que requiere avances en arquitectura para construir túneles profundos. Necesitas herrería. Necesitas engranajes. Necesita una comprensión de la luz para construir un monitor. Necesitas matemáticas lo suficientemente avanzadas para descomponer una onda de frecuencia. Necesitas generación de energía. Y así. La radio, específicamente, se inventó casi simultáneamente de forma independiente en muchos lugares del mundo porque era la siguiente tecnología obvia después de todo lo que la precedió.

En la serie Safehold de David Weber, él "construye un transistor en un entorno medieval" tomando 9 novelas para construir electrónica moderna a través de cada tecnología necesaria en el camino. Toma alrededor de un siglo de tiempo en el libro. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Safehold

Incluso algo mucho más simple no es fácil... mira "La máquina diferencial" de William Gibson.

Mi punto es que, en teoría, construir un transistor es fácil con los materiales, pero es prácticamente imposible sin un entorno industrial que le brinde las herramientas, las matemáticas, la generación eléctrica y la motivación para construirlo. No es plausible a menos que cambies tu entorno medieval O incrustes tu entorno medieval dentro de una sociedad industrial, como un escenario de festival renacentista.

Pensando demasiado lejos

Básicamente, está tratando de inventar una mejor batería para linterna antes de que se inventaran las bombillas. Busque en los primeros transmisores de telégrafo inalámbrico.

Como fuente de energía, utilice una pila voltaica simple de celda húmeda, un tipo primitivo de batería. Son solo discos de fieltro empapados de zinc, cobre y agua salada apilados en orden alterno. Produciría suficiente electricidad para alimentar un transmisor de chispa primitivo.

Necesitará corriente alterna en lugar de corriente continua de una pila voltaica, por lo que se necesita un inversor. Así de simple es un inversor primitivo.

Para un transmisor, usaría una pila voltaica muy grande y un transmisor de chispa. Básicamente, produce un pulso de radio de banda muy grande cada vez que un arco eléctrico de corriente alterna salta entre dos contactos que están conectados a una antena. No puede transmitir voces o audio, simplemente está transmitiendo o no, lo que puede usarse para la transmisión inalámbrica del código Morse.

Boom, ahora tienes gente transmitiendo código Morse inalámbrico 1000 años antes de lo previsto y todo lo que necesitas es cobre, zinc, agua salada y madera.

Creo que en lugar de transistores, estás buscando una puerta nand mecánica. Hay una pregunta relacionada aquí . Las puertas Nand son una puerta lógica que le permite construir sistemas informáticos completos, incluidos sumadores y memoria.

Combine estas puertas mecánicas con algún tipo de reloj mecánico (¿rueda de agua?) y tendrá la capacidad de realizar computación real.

Aunque no es una respuesta directa a su pregunta, es posible que desee consultar " Conexiones " de James Burke. Es un documental sobre la historia de la ciencia y la tecnología que conecta los comienzos de la ciencia y la tecnología con lo que era el mundo "moderno" cuando se produjo en 1978. Los puntos clave de la serie rodean las conexiones entre los descubrimientos y los desarrollos y cómo uno conduce a o depende de otro.

Más directamente en respuesta a su pregunta:

Como ya se indicó en otras respuestas, un transistor por sí solo es inútil; necesita todo tipo de otras cosas para construir circuitos funcionales, una fuente de energía eléctrica de buena calidad (voltaje/frecuencia estable y capacidad de corriente suficiente), todo tipo de teoría del funcionamiento de la electricidad, componentes eléctricos y electrónicos.

Necesita todo tipo de materiales "modernos": plásticos, cerámica, vidrio y aleaciones metálicas específicas libres de impurezas. Según el tipo de transistor, es posible que necesite germanio (¿cómo identifica el mineral y extrae el metal deseado?) o silicio (puro, adecuadamente cristalizado) y luego necesita las instalaciones para "doparlos" adecuadamente con el tipo correcto y cantidad de dopante. Y luego, ¿cómo empaquetas y pruebas el resultado?

Básicamente, debes recorrer el mundo medieval a través de todas las etapas de la ciencia y la tecnología que nos conectan con esos tiempos, más o menos en ese orden. Supongo que por medieval te refieres a la edad del hierro con la capacidad de fabricar algo de acero (fabricación de espadas). Eso significa mejorar la fabricación de acero, llevar la alquimia a la química moderna, con la capacidad de aislar muchos, si no la mayoría, de los elementos de la tabla periódica, desarrollar las matemáticas para incluir el cálculo, trabajar con electricidad básica, construir máquinas de vapor y usarlas para alimentar generadores eléctricos. fabricar herramientas e instrumentos de precisión, construyendo primero circuitos basados ​​en tubos para fabricar los instrumentos necesarios para medir lo que hacen sus semiconductores.

Seguramente he dejado de lado innumerables pasos intermedios (y esenciales), pero espero que ilustre el punto.

Puedes hacer puertas lógicas mecánicas . ¿No? ¿Quieres eléctrica? OK...

Teniendo en cuenta que dices que el protagonista es un Conde, yo situaría la historia en torno al año 1000, tomando como referencia a los Condes de Lade . Con eso en mente...

Fuente de energía

Tenemos la Batería de Bagdad que se puede hacer funcionar como una batería galvánica (incluso si no se usaron así, sabemos que funciona y que la tecnología para hacerlas es muy antigua). Además, la construcción de una Pila Voltaica (que también menciona TCAT117) es simple, si sabes lo que estás haciendo. Si no fuera por los descubrimientos de Luigi Galvani, la motivación de Volta para intentar construir su Pile no estaría ahí.

Como probablemente sepa, construir bobinas y electroimanes también es simple. Siempre y cuando tengas alambres de cobre y varillas de hierro. El hierro fundido es una tecnología antigua para un entorno medieval. Los antiguos conocían el cobre, y la tecnología para crear cotas de malla, que existen desde el siglo IV o V, se puede adaptar para crear alambres de cobre.

Además, Theophrastus ya conocía la magnetita, su poder de atracción y dónde extraerla. Si tiene bobinas e imanes permanentes, puede hacer un generador.

Nota: Con las bobinas construirías transformadores , si los necesitas.

Por hacer que el generador se mueva...

• Tracción animal.
• Máquina de vapor Eolipile .
• Rueda de agua .

Computadora

Crear manantiales en nuestro mundo requeriría algunos siglos más, sin embargo, si el protagonista dedica algún tiempo a desarrollar la metalurgia, quizás con la ayuda de un herrero, deberían ser viables. Una vez que los tenga, puede construir relés .

Si bien los relés no son transistores en toda regla, son interruptores electrónicos y puede crear puertas lógicas a partir de ellos.

Hay otra cosa que necesitas para crear una computadora: un reloj. En ese momento el trabajo del reloj no estaba completamente desarrollado. Los engranajes ya existían (Aristóteles nos dio la descripción anterior, existe el mecanismo de Antikythera , y hay moldes para engranajes de bronce encontrados en China que datan de principios de la dinastía Jin ), y si sabe cómo funcionan los péndulos, puede crear un dispositivo que abre y cerrar un circuito creando pulsos eléctricos rítmicos... que servirán de reloj para una computadora rudimentaria.

Nota: Si crees que una sola persona no puede diseñar una computadora primitiva que funcione... ve a Construir una computadora moderna a partir de los primeros principios .

Ah, para la memoria puedes usar el principio de los relés y usar electroimanes para voltear circuitos. No construya flip flop con relés (no sé si eso funcionaría en la práctica, pero si lo hace, es muy ineficiente), todo lo que necesita es una palanca que descanse a un lado o al otro cerrando un circuito diferente en cada caso, y que puedes moverlo con electroimanes.

La tecnología para fabricar lámparas eléctricas en ese momento sería demasiado ineficiente (quédate con combustibles fósiles y aceites inflamables, lo siento). Pero puedes usar electroimanes para mover objetos que sirvan como indicadores. De hecho, tu memoria es bastante grande; podría etiquetar algunas palancas y leerlo directamente.

También es posible abrir y cerrar válvulas. Esto será útil si desea suministrar o cortar el flujo de agua.

Supongo que también es posible un motor paso a paso rudimentario, por ejemplo, usando una leva (agregado: una palanca también debería funcionar) y electroimanes para hacerlo girar hacia adelante y hacia atrás, y luego transmitir el movimiento a través de un trinquete . Podrías usar ese motor paso a paso para hacer girar un engranaje. Por ejemplo, para una pantalla numérica o para mover otra máquina o incluso podría construir una ALU mecánica .

Radio

Puede construir transmisores y receptores de pulsos electromagnéticos como los describe TCAT117 .

Nota final

Asumí el año 1000. Sin embargo, para el siglo XIII la tecnología para hacer alambres y resortes estaría ahí. Si usa eso para su configuración, entonces no hay necesidad de dedicar más tiempo a desarrollar cosas.

No se trata simplemente de inventar el transistor. Debes preguntar: "¿Qué lo impulsará?"

Si puede refinar el cobre para hacer alambre, tiene magnetita y laca para el aislamiento, entonces puede repetir la mayor parte del trabajo de Tesla usando esas cosas y la madera. (editar: y vidrio para aisladores)

Esto lo llevará tan lejos como motores, generadores, electricidad distribuida y radio, aunque estoy seguro de que el motor eléctrico de madera ocasional puede incendiarse.

Esto lanzará la era industrial, sin destilados de petróleo.

Para crear el transistor literal, debe refinar los semiconductores como la silicona, el germanio, etc. pero, a menudo me he preguntado después de mirar la radio trinchera (el diagrama es más explicativo que cualquier otra cosa en esa página) si algún transistor rudimentario sería No sería posible utilizar un método similar al utilizado para crear el diodo y proporcionar una carga para superar la polarización (¿si eso funcionaría?).

Como han mencionado otros, un transistor no sirve de mucho sin el contexto que lo rodea. Además de los problemas físicos (ingeniería de precisión, materiales adecuados), también existe una cuestión de propósito. Si no está haciendo cálculos matemáticos complejos o manejando una gran cantidad de cosas (personas, dólares, ganado, etc.), entonces un transistor no necesariamente logrará mucho.

¿ Tal vez considere una computadora de agua ? No estoy seguro de si alguna vez se ha hecho uno, pero los principios de los transistores también se pueden aplicar a los sistemas de fluidos, con algunos ajustes. Sin embargo, como dice el artículo, esto funcionaría en el orden de los milihercios, no en los megahercios, y muy bien podría ser más lento que el cálculo humano. También solo es útil para las matemáticas, por ejemplo, no hay forma de usarlo en una radio.

Un posible beneficio es la capacidad de realizar algoritmos en lugares remotos sin necesidad de formar matemáticos. Un artesano experto podría crear la computadora y los lugareños podrían hacer el mantenimiento de rutina, sin entender cómo funciona realmente el sistema. Un libro de diseños podría describir múltiples requisitos, por lo que un algoritmo solo necesitaría diseñarse una sola vez antes de implementarse en todo el reino. Si necesitara calcular algo como "flexibilidad óptima de una catapulta con longitud X", los locales podrían usar los resultados de la computadora sin necesidad de aprender las matemáticas detrás de esto.

Dicho esto, me está costando encontrar un ejemplo en el que el cálculo sobre la marcha sea mejor que una simple tabla de números, y es casi seguro que es más eficiente simplemente agarrar a un grupo de niños campesinos y enseñarles matemáticas durante una década.

Me di cuenta de que mucha gente piensa que necesita herramientas de alta precisión para construir un transistor, no, no si está construyendo un tipo de transistor que apenas vio la luz del día.

Los primeros transistores fabricados fueron diseñados para reemplazar el tubo de vacío y eran enormes, toscos, ineficientes y feos. Pero mucho mejor que los tubos de vacío.

Podrías hacer uno a mano usando herramientas de herrería, si sabes qué materiales usar. La parte difícil es que necesitaría electricidad, avances en ciencias de los materiales e ingeniería química para comprender cómo se fabrican estos transistores crudos.

¿Pero la parte más difícil de todas? Diseñar el conjunto de instrucciones de bajo nivel para su primera computadora de 100 metros cuadrados sería una pesadilla para una sola persona. (Eniac fue la creación de dos genios y un equipo de científicos)

Editar: Creo que algunos piensan que me refiero a los transistores nanométricos modernos hechos en circuitos integrados y que afirmo que son "fáciles" de hacer. No lo soy, ya que incluso con nuestro silicio y germanio prácticamente puros todavía hay toneladas de puertas que fallan debido a la impureza, por lo que las compañías de CPU venden tazas que son prácticamente idénticas entre sí como chips diferentes porque tuvieron que deshabilitar ciertos núcleos, debido para fallas en la puerta.

Pero los transistores de gran tamaño de un centímetro son fabricados por personas en su patio trasero. Solo necesita el libro de cocina correcto, mucho tiempo y suficiente dinero para pagar sus muchos, muchos intentos fallidos.

Sin embargo, esto es cierto para mucha química, porque es la receta que es difícil de descubrir, una vez que se escribe la receta se vuelve simple, por lo tanto, se necesitó un genio para darse cuenta de que la nitroglicerina podría estabilizarse mezclándola con concha en polvo o arcilla y algún tipo de sorbente, pero cualquiera que sepa leer puede descubrir fácilmente cómo hacerlo hoy.

Construir semiconductores sería bastante imposible en la era que ha descrito.

Hay algunos tipos diferentes de computadoras que son dispositivos mecánicos simples. https://www.kickstarter.com/projects/871405126/turing-tumble-gaming-en-una-computadora-mecánica

Tuve una de las siguientes computadoras. Se programaba moviendo la posición de las pajuelas. Usaste una acción de lanzadera para que funcionara. https://en.wikipedia.org/wiki/Digi-Comp_I y https://boingboing.net/2006/02/21/mechanical-computer.html

Mire aquí https://www.google.com/search?q=computadora+mecánica+casera&newwindow=1&client=opera&sa=X&biw=1098&bih=546&tbm=isch&source=iu&ictx=1&fir=FWSssgxA0NJkRM%253A%252CCzcCkGNbCgdh-M%252C_&usg%3usg=__6zxnulltlHoV0fy6 3D&ved=0ahUKEwjageL9gJbbAhWOt1MKHYxQCsYQ9QEIMzAC#imgrc=FWSssgxA0NJkRM :

También puede realizar lógica con relés si desea que sea eléctrico. La energía de vapor podría volcar las válvulas.