Исследователи Балтийского федерального университета им. И. Канта представили удивительный прототип химического чипа. Он работает по принципам, схожим с нейронами мозга, и ему совершенно не требуется электричество! Вместо тока его цепи несут химические волны, прокладывая путь к революционным автономным устройствам будущего.
Энергонезависимые вычисления
Центр прикладной нелинейной динамики БФУ им. И. Канта разработал уникальный прототип химического чипа. Его ключевая особенность – способность проводить вычисления без какого-либо внешнего питания. Эта инновационная технология закладывает фундамент для создания удивительно "мягких" химических роботов.
Структура чипа напоминает обычную электронную микросхему, однако сигналы передаются здесь не электричеством, а потоками химических волн. Этот механизм удивительно похож на распространение нервных импульсов в живых клетках. Один из разработчиков даже привел яркую аналогию: «Это словно желе в баночке начало мыслить».
Данная разработка станет основой для принципиально новых автономных химических роботов. Проект реализуется при поддержке стратегического проекта «Приоритет 2030».
Технология Белоусова-Жаботинского
В основе чипа лежит возбудимая реакционно-диффузионная среда, реализующая реакцию Белоусова-Жаботинского. Ее создали на уникальном полимере со встроенным катализатором.
Идея химических компьютеров на базе реакции Белоусова-Жаботинского будоражит мировую науку с 1980-х годов. Открытая советским химиком Борисом Белоусовым в 1951-м автоколебательная реакция совершила переворот, доказав, что химические процессы могут быть обратимыми и ритмичными. Дальнейшие исследования Анатолия Жаботинского подтвердили ее важность для понимания нелинейных явлений, самоорганизации и биологических циклах. Уникальность реакции – в воспроизведении спайковых (импульсных) сигнальных паттернов, как в настоящих нейронах.
Для изготовления микросхемы использовали передовую запатентованную технологию фотопечати. На предметное стекло наносили слой специального прегеля и экспонировали через маску. После удаления лишнего материала на стекле проявилась полимерная «интегральная схема». Этот процесс родственен фотолитографии, создающей кремниевые чипы.
Химические волны, генерируемые серебряной проволокой в геле, распространяются строго в одном направлении через асимметричные элементы. Обеспечивает это ключевое новшество – уникальный химический диод.
Отсутствие симметрии, по словам разработчиков, – заслуга специального дизайна диода. Разные катализаторы реакции на его участках создают разные пороги возбудимости. Эксперименты и компьютерные модели показывают, что такой подход колоссально повышает надежность и увеличивает рабочий ресурс элемента.
Будущее химических компьютеров
Созидатели технологии оптимистично смотрят в завтрашний день. По мере усложнения, нейроморфные химические чипы смогут эффективно выполнять вычислительные задачи, оставаясь компактными и энергонезависимыми. Это открывает захватывающие перспективы для проектирования миниатюрных полимерных роботов, способных автономно двигаться, оперировать мельчайшими объектами и, возможно, элементарно обучаться!
Экспериментальное воплощение концепции химического нейрокомпьютера в реальное микроустройство стало важным достижением, о котором БФУ им. И. Канта ранее информировал научное сообщество.
Цель ученых – создать полностью автономную систему, использующую лишь "химическое топливо". Как образно отметили исследователи, полученная разработка – это фактически первый в мире химический нейрокомпьютер с адаптивными возможностями, или, другими словами, «химический мозг».
Горизонты применения таких систем поистине завораживают. Представьте рои крошечных (размером около миллиметра) разумных агентов, свободно перемещающихся и выполняющих сложные задачи самостоятельно. Это качественный скачок к новой технологической эре!
Источник: biz.cnews.ru