Чип без электропитания
Прототип первого химического чипа, который «работает подобно нейронам мозга», создали ученые Центра прикладной нелинейной динамики Балтийского федерального университета (БФУ) им. И. Канта в Калининграде, сообщили РИА «Новости».
Разработка способна производить вычисления без электропитания. Как предполагается, она ляжет в основу мягких химических роботов.
«Схема чипа в чем-то схожа с электронной микросхемой на полупроводниках, но вместо электрического тока по его дорожкам бегут химические волны. Такая передача сигналов по химическим волноводам напоминает распространение потенциала действия в аксонах живых нейронов. Если говорить совсем метафорично, то это, как если бы желе в баночке начало думать», — сказал старший научный сотрудник БФУ им. И. Канта Иван Проскуркин.
Исследования проводятся в рамках программы «Приоритет 2030».
Вычислительные системы на основе реакции Белоусова-Жаботинского
Проскуркин описал чип как возбудимую реакционно-диффузионную среду реакции Белоусова-Жаботинского на основе специального полимера с вшитым катализатором.
Ученые разных стран мира разрабатывают химические вычислительные системы, основанные на реакции Белоусова-Жаботинского, с конца 1980 гг. Советский химик Борис Белоусов В 1951 г. открыл автоколебательную реакцию, опровергнув представление о том, что химические реакции могут быть только необратимыми. Позже Анатолий Жаботинский развил исследования и доказал их значимость для изучения нелинейной динамики, самоорганизации и биологических ритмов. Реакция Белоусова-Жаботинского позволяет воспроизводить спайковые (импульсные) режимы, характерные для биологических нейронов.
В БФУ им. И. Канта для изготовления чипа использовали запатентованную технологию фотопечати — нанесли на предметное стекло тонкий слой прегеля, который в течение нескольких минут экспонировался через специальную маску. Остатки прегеля удалили и на поверхности стекла осталась полимерная «интегральная схема». По словам ученых, этот процесс похож на фотолитографию, используемую в производстве кремниевых микросхем.
Химические волны, возбуждаемые в геле с помощью прикосновения серебряной проволоки, распространяются через асимметричные соединения только в одном направлении. Для этого был спроектирован специальный элемент — химический диод.
«Дизайн химического диода отличается от аналогов тем, что примыкающие части асимметричного соединения содержат разные катализаторы реакции Белоусова-Жаботинского и, как следствие, имеют разные пороги возбудимости. Результаты тестовых экспериментов и компьютерного моделирования позволяют утверждать, что такой подход существенно увеличивает надежность работы и срок службы диода», — пояснила руководитель Центра Анастасия Лаврова.
Перспективы создания химических компьютеров
«По мере усложнения нейроморфные химические чипы смогут выполнять некоторые вычислительные задачи, сохраняя при этом энергоэффективность и компактность. Эта инновация открывает перспективы для создания маленьких мягких полимерных роботов, способных самостоятельно перемещаться, манипулировать миниатюрными предметами и, возможно, даже обучаться», — отметила Лаврова.
О достижении экспериментального воплощения теоретической концепции химического нейрокомпьютера в реальное микроустройство БФУ им. И. Канта сообщил на своем сайте в октябре 2020 г.
«Мы также хотели бы, чтобы это микро-устройство работало на “химическом топливе”, не используя электричества. В этом случае оно могло бы быть автономным», — сказал тогда руководитель Центра нелинейной химии БФУ им. И. Канта профессор Владимир Ванаг. Он заявил, что ученым удалось получить «первый в мире химический нейрокомпьютер с адаптивным поведением», который можно назвать химическим мозгом, а не компьютером.
Перспективы использования таких химических нейрокомпьютеров Ванаг назвал «фантастическими»: «Представьте себе полчища маленьких (около миллиметра в диаметре) разумных жучков, которые могут двигаться и совершать целенаправленные действия».
Поделиться
