Поделиться
В России создан чип, работающий без электричества. На его основе будут создаваться автономные мини-роботы
Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта в Калининграде создали прототип химического чипа, работающий подобно нейронам мозга. Ему не нужно электричество, так как вместо электрического тока по его дорожкам бегут химические волны. Это может привести к созданию кажущихся сейчас фантастикой интеллектуальных устройств.
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».
Короткая ссылка
