Крабокомпьютер: Твердолобые вычисления
Создание вычислительных устройств, работающих без обычной электроники, — одна из самых интригующих областей современной техники. Ученые разрабатывают «компьютеры» с использованием молекул ДНК, кристаллов и даже слизевиков. Подобные работы стимулируются двумя причинами. Во-первых, чрезвычайно низкая энергоэффективность имеющихся компьютеров: она на много порядков ниже теоретически возможной. Во-вторых, интерес к методам вычислений, которые использует природа, создав их в ходе миллиардов лет эволюции. Наверняка она научилась делать это лучше и проще, нежели успели придумать люди.
Одним из таких удивительных вычислительных устройств стал созданный японскими учеными из группы Юкио-Пегио Ганзи (Yukio-Pegio Gunji) «крабокомпьютер». Первоначально авторы заинтересовались исследованием американского профессора Томазо Тоффоли (Tommaso Toffoli), который еще в 1980-х рассмотрел возможность создания «бильярдного компьютера». Идея состояла в том, чтобы кодировать информацию не наличием или отсутствием заряда, а наличием или отсутствием бильярдных шаров. Вычисления производятся на основе движения и столкновений шаров в определенном геометрическом окружении.
Развивая этот подход, японцы создали подобный компьютер, в котором вместо бильярдных шаров используются живые крабы-солдаты (Mictyris). Для этой роли крабы, как оказалось, подходят просто замечательно. Обитая в песке прибрежных лагун, с каждым отливом они оказываются на суше сотнями тысяч. Находясь в самой гуще других крабов, они двигаются туда же, куда соседи, совершенно механически. Лишь оказавшись с краю толпы, они превращаются из ведомых в ведущих и начинают хоть немного заботиться тем, в каком направлении двигаться.
Но даже в этом случае управлять их поведением достаточно просто. Обычная тень, на которую крабы реагируют, как на появление хищной птицы, позволяет направлять их в нужном направлении не сложнее, чем бильярдные шары. Если же две группы крабов «сталкиваются», они сливаются воедино и начинают двигаться в направлении, вектор которого является суммой двух исходных векторов. Все эти движения не только просты, но и практически не подвержены каким-то другим внешним влияниям и шуму. Крабы ведут себя не хуже настоящих биороботов.
Это позволило построить простейший лабиринт, путешествуя по которому, крабы выполняли простейшие логические операции. Присутствие крабов соответствует единице, отсутствие нулю, а их движение по трубам позволяет проводить нужные действия — суммирование, умножение
Результаты, правда, оказались не идеальными: в выполнении логического сложения (дизъюнкции) крабы проявили себя замечательно, тогда как логическое умножение (конъюнкция) удавалось им не всегда. Авторы полагают, что, оптимизировав условия внутри лабиринта, можно добиться от крабов большей производительности.
По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog