Прототип первого в мире химического чипа, который может запоминать и распознавать ритмические сигналы, смогли создать ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта в Калининграде. По заверениям ученых, их разработка будет работать по тому же принципу, как работают нейроны головного мозга. Новый химический чип будет способен проводить вычисления без потребления электроэнергии и станет тем самым фундаментом для создания мягких химических роботов.
Уникальная разработка и открытие уникальной реакции
Еще в 1951 году выдающийся советский химик Борис Белоусов открыл автоколебательную реакцию, в которой концентрация реагентов изменялась периодически. Это открытие сломало утверждение, что химические реакции способны быть только необратимыми. Позднее уже Анатолий Жаботинский расширил исследования и смог доказать их значимость для изучения нелинейной динамики, самоорганизации и биологических ритмов.
И вот таким образом реакция Белоусова-Жаботинского стала той самой модельной системой для изучения возбудимых сред и оказалась способна воспроизводить импульсные режимы, которые как раз характерны для биологических нейронов.
И уже начиная с конца 1980-х годов ученые по всему миру приступили к попыткам создать химические вычислительные системы, которые основаны как раз на реакции Белоусова-Жаботинского.
И вот именно российским ученым удалось создать химический чип, который способен запоминать и распознавать ритмические сигналы.
И вот что по этому поводу рассказал старший научный сотрудник БФУ им. И. Канта Иван Проскуркин:
«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. Пока созданы только элементы — искусственные "нейроны", аналогичные локализованным в различных структурах мозга, но из них потенциально можно собрать более сложную систему».
Для того чтобы произвести чип, ученые применили запатентованную технологию фотопечати. Так был нанесен на специальное стекло тончайший слой прегелия, который затем в течение нескольких минут экспонировался через специализированную маску. Таким образом был запущен процесс полимеризования, а затем тот прегелий, который не прошел стадию полимеризации, был удален.
Таким образом на поверхности стекла осталась полимерная «интегральная схема».
Затем чтобы добиться однонаправленной передачи сигнала, ученые спроектировали химический диод. И таким образом химические волны, которые возбуждаются в геле с помощью прикосновения серебряной проволоки, стали распространяться только в одном направлении через асимметричные соединения.
Вот что по поводу химического диода сказала руководитель Центра Анастасия Лаврова:
«Такой 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».
Да, ученые, можно сказать, еще только в начале сложного, но увлекательного пути. Теперь планируется, что подобные химические чипы будут использоваться в экспериментах с умными материалами, которые создаются там же в лаборатории. И последующие опыты станут тем самым важнейшим шагом на пути создания мягких полимерных роботов, которые будут полностью энергонезависимы.