ИА МедиаКалибр. Из Калининграда руководитель центра нелинейной химии БФУ имени И. Канта Владимир Ванаг в соавторстве с аспирантом П. Смеловым опубликовал в 2018 году в авторитетном научном журнале Royal Society Open Science (Великобритания), статью Reader’ unit of the chemical computer.
Термин “химический компьютер” пока еще непривычен. Непонятно, что и как этот компьютер считает, какие задачи выполняет, каковы принципы работы?
Обычные (или фон-Неймановские) компьютеры работают по заранее вложенной в них программе и выполняют операции последовательно, шаг за шагом, что замедляет их работу. Внедряя многоядерные процессоры, инженеры пытаются ликвидировать этот недостаток, но пока не сильно преуспели, прокомментировали собкору в Калининграде сегодня, 15 февраля 2018 года, в БФУ.
Обычные компьютеры уже достигли предела своих возможностей — заставить их работать быстрее уже не позволяют законы физики. Но самое главное, в мире уже не хватает энергии для их питания. Обычные компьютеры неэффективно расходуют электроэнергию. Например, каждому суперкомпьютеру нужна целая небольшая электростанция для питания.
«Мозг человека работает хоть и медленнее, но его энергозатраты на приблизительно аналогичную операцию по распознаванию какого-либо образа в 10^n раз меньше, где n – очень большое число, которое я не берусь оценить точно», — прокомментировал в Калининграде автор статьи Владимир Ванаг.
По его словам, исследователям пришла идея сконструировать компьютер, который работал бы на тех же принципах, что и мозг человека. Все “за”, но проблема в том, что пока наука досконально не отвечает на вопросы, как работает наш мозг. Известно, что мозг обрабатывает информацию параллельно большими сетями нейронов и требует долгого обучения даже для выполнения относительно простых действий, но научившись, работает уже очень эффективно.
Владимир Ванаг:
— Мы думаем, что наш химический компьютер должен работать по аналогичной природоподобной технологии, то есть его процессором должна быть сеть ”химических нейронов”. Под ”химическим нейроном” мы понимаем микроосциллятор – это какая-либо колебательная химическая реакция, типа всемирно известной реакции Белоусова-Жаботинского, которая протекает в специально созданных микрокапельках, диаметр которых составляет десятки (максимум сотни) микрон.
Эти микроосцилляторы можно объединить в сеть как локальными (диффузионными) связями (аналогично gapjunction, коннексонам), так и дальнодействующими связями по типу аксонов и синапсов. Мы также полагаем, что данная нейроподобная сеть не однородна, а иерархична, то есть разные группы микроосцилляторов выполняют разные функции».
В статье исследователи описывают основные принципы и функциональные блоки параллельного химического компьютера, а именно: (1) генератор колебательных динамических мод, который представляет собой сеть связанных осцилляторов, (2) блок химических осцилляторов, который способен узнавать эти моды (“контроллер”) и (3) блок принятия решений, который анализирует текущее состояние генератора, сравнивает его с внешним сигналом и посылает команду на генератор мод для переключения в другой динамический режим.
В опубликованной работе предлагаются и тестируются численным счетом три основных метода функционирования контроллера: (а) метод полихронизации, который использует разность фаз осилляторов генератора, (б) амплитудный метод, который обнаруживает кластеры осцилляторов генератора, и (в) резонансный метод, который основан на резонансах между различными частотами мод генератора и собственными частотами затухающих колебаний ячеек контроллера. Анализируются плюсы и минусы всех этих методов.