В Центре нелинейной химии БФУ им. И. Канта ученые несколько лет работали над созданием нейрохимического компьютера, в основе работы которого лежит химическая реакция Белоусова-Жаботинского. Статья «Экспериментальная реализация опто-химического «нейрокомпьютера», опубликованная недавно в одном из лучших физико-химических журналов Phys.Chem.Chem.Phys, 2020, v.22, 19359-19367, подвела первую промежуточную черту под многолетними поисками и разработками химического миниатюрного устройства, способного вести себя разумно. Принцип работы этого устройства аналогичен принципу работы нейросетей, тех самых сетей, которые образуют нейроны у нас в мозге.
“Задача разработки разумных химических микро-устройств сродни задаче создания искусственной жизни, обладающей искусственным интеллектом. Заметим, что современные математические разработки искусственного интеллекта не подразумевают каких-либо следов искусственной жизни. Очевидно, что наши микро-устройства должны быть относительно сложными, тем более, что мы не можем использовать такой мощный регуляторный механизм, как геном. С другой стороны, мы бы хотели видеть это устройство относительно простым, чтобы можно было проследить за работой отдельных блоков этого микро-устройства. И мы также хотели бы, чтобы это микро-устройство работало на “химическом топливе”, не используя электричества. В этом случае оно могло бы быть автономным”, - сказал руководитель Центра нелинейной химии БФУ им. И. Канта профессор Владимир Ванаг.
Базовым элементом химического нейрокомпьютера (ХНК) является микро-осциллятор (или, другими словами, ячейка) размером около 0.1 мм, который работает на основе всемирно-известной колебательной реакции Белоусова-Жаботинского (БЖ). Несколько лет назад на первых этапах работы ученые отрабатывали надежность работы различных функциональных блоков химического нейрокомпьютера.
“Это – центральный генератор ритмов (ЦГР); антенна, которая принимает внешние сигналы; ридеры, которые определяют текущие ритмы ЦГР и антенны; и, наконец, блок Принятия Решений (ПР). Все эти блоки состоят из БЖ ячеек, которые соединены между собой импульсными (оптическими) связями с временной задержкой, что аналогично синаптическим связям между нейронами. Время задержки между спайком в одной БЖ ячейке и её импульсным воздействием (ингибиторным или активаторным) на другую БЖ ячейку аналогично времени пробега потенциала действия по аксону”, - отмечает Владимир Ванаг.
По его словам, закончив тестирование всех основных блоков химического нейрокомпьютера, была разработана общая концепция его работы, согласно которой поведение химического нейрокомпьютера должно напоминать разумное поведение живых организмов.
“Предположим, что Антенна может воспринимать четыре типа внешних сигналов, которые представляют собой четыре типа движений четвероногих: шаг, рысь, иноходь и прыжки (случай, когда животное прыгает сразу всеми четырьмя ногами). В то же время внутренний блок химического нейрокомпьютера, центральный генератор ритмов также способен генерировать динамические моды, которые соответствуют (или совпадают) этим четырем типам движений, - поясняет ученый. - Мы бы считали, что химический нейрокомпьютер ведет себя разумно, если бы центральный генератор ритмов автоматически переключался в ту моду, которая регистрировалась бы Антенной в ответ на внешнее воздействие. Мы называем такое поведение химического нейрокомпьютера адаптивным”.
Как отмечает Владимир Ванаг, целью опубликованной работы было экспериментальное воплощение теоретической концепции химического нейрокомпьютера в реальное микроустройство. И эта цель была достигнута.
“Теперь мы имеем первый в мире химический нейрокомпьютер с адаптивным поведением. Возможно, было бы правильнее назвать это устройство химическим мозгом, а не компьютером. Перспективы использования таких химических нейрокомпьютеров могут быть фантастические, некоторые из которых могут даже пугать. Представьте себе полчища маленьких (около миллиметра в диаметре) разумных жучков, которые могут двигаться и совершать целенаправленные действия, например, в поисках пищи. Однако, так называемая, практическая значимость определяется финансированием и конкретными целями, но не научными задачами самоорганизации”, - заключил Владимир Ванаг.
По материалам БФУ им. И. Канта
