Creierul lichid

Andrew Adamatzky este cercetator principal la Intelligent Autonomous Systems Lab, Universitatea Angliei de Vest din Bristol, iar prototipul de creier la care lucreaza consta dintr-un vas plin cu chimicale, asezat pe o masa de laborator. Gandurile sunt valuri de ioni formate spontan, care se imprastie apoi in amestecul lichid. Experimentul face parte dintr-un ambitios program de dezvoltare a unui procesor care sa functioneze cu ioni, nu cu electroni, si care sa incapa intr-un vas mai degraba decat intr-un tablou cu circuite. Adamatzky isi numeste prototipul gooware – un hardware care poate fi stocat intr-o sticla (in literatura SF, este binecunos­cut romanul Wetware de Rudy Rucker, aparut in 1988, dar savantul englez spune ca cercetarile lui au prea putin de-a face cu cartea lui Rucker). Dupa mai mult de un deceniu de munca, Adamatzky a gasit o cale de a produce operatori logici lichizi, construind o matrice care ar putea conduce spre procesoare cu infinite posibilitati de reconfigurare.

Chiar si o companie-gigant ca IBM a inceput sa gandeasca in termenii lui, considerand ca o tehnologie asemanatoare ar putea forta aparitia unei noi generatii de cipuri. Asta nu inseamna insa ca noul calculator chimic il va inlocui prea curand pe cel conventional, pe baza de silicon. In prezent, Adamatzky se concentreaza asupra unui alt obiectiv: crearea unui gooware suficient de puternic pentru a putea fi numit creier lichid. Si, pentru a dovedi potentialul conceptului, Adamatzky a inventat gazda perfecta pentru creierul lichid: un gelrobot. Echipat cu ochi artificiali si hormoni sintetici, acesta ar putea, intr-o buna zi, sa perceapa mediul inconjurator si chiar sa fie capabil de emotii.   Valuri in labirint Cercetatorii au descoperit deja modalitati de a exploata reactiile Belusov-Zabotinski (BZ – vezi caseta) pentru a rezolva probleme precum trasarea celui mai scurt drum printr-un labirint. Identificarea traseului optim utilizand calcula­to­rul conventional este foarte complexa, deoarece programul trebuie sa examineze toate rutele posibile ca s-o gaseasca pe cea mai scurta. In schimb, o echipa de cercetatori americani a profitat de faptul ca, in reactii de tipul valurilor BZ, propagarea se produce intotdeauna pe drumul cel mai scurt. Ei au construit un labirint cu pereti din plastic, au adaugat reactanti si, cand au „tintit“ cu valurile BZ un anume punct, au descoperit, studiind imaginile inregistrate, ca gasisera cel mai scurt drum dinspre orice alt punct al labirintului inapoi spre locul in care fusese declansata reactia.

• Cum putem să prevenim osteoporoza
• Studiu: Persoanele născute fără simțul mirosului respiră diferit

Teoretic, reactia BZ poate rezolva o clasa de probleme cu un numar mare de solutii posibile. Din nefericire, calculatoarele chimice prezinta si ele un mare neajuns: trebuie sa creezi un model fizic pentru problema respec­tiva (cazul labirintului), sa adaugi reactantii si sa lasi valurile sa se imprastie. Doar conceperea si construi­rea labirintului necesar pentru rezolvarea unei probleme complexe pot lua luni de zile, motiv pentru care multor cercetatori acesta li s-a parut a fi un drum inchis. La mijlocul anilor ’90, insa, Andrew Adamatzky si-a dat seama ca reactia BZ ar putea avea aplicatii in domeniul calculatoarelor. In 1996, l-a intalnit pe Ben De Lacy Costello, chimist la aceeasi universitate cu el, cei doi initiind un proiect mai mult decat ambitios: construirea unui procesor chimic. In 1999, l-au cooptat in echipa pe Nicolas Rambidi, fizician la Universitatea de Stat din Moscova, si impreuna au dovedit validitatea conceptului, construind un robot controlat de un vas cu lichide, care se putea misca intr-o camera mobilata. Cum procesoarele chimice functionau suficient de bine pentru rezolvarea unor probleme relativ simple precum aceasta, Adamatzky a inteles ca pentru procese mai complicate trebuia sa gaseasca o modalitate de a construi echivalentul chimic al unui procesor programabil. Pentru asta, insa, avea nevoie de operatorii logici pe care se bazeaza procesoarele conventionale.

Daca se puteau construi operatorii NOT si OR, atunci exista posibilitatatea combinarii lor si, ulterior, a crearii de circuite complexe.  Coliziunea bilelor Adamatzky a dat intamplator peste lucrarile teoretice ale unor fizicieni de la Universitatea din Boston – Tommaso Toffoli si Edward Friedkin – care sustineau ca s-ar putea crea un procesor folosind ceva asemanator bilelor de biliard. Ei au pus la punct un sistem in care fiecare bila reprezinta un 0 sau un 1. Calculul se produce atunci cand bilele se ciocnesc una de alta, iar operatia logica efectuata e data de modul in care are loc ciocnirea si de directia in care ricoseaza bilele. Astfel, Adamatzky a ajuns sa se intrebe daca n-ar putea provoca ciocnirea valurilor BZ pentru a crea un procesor chimic. Numai ca valurile BZ obisnuite nu rezolvau problema, din cauza miscarii lor radiale, nu liniare, fapt ce facea difi­cila identificarea felului in care interactioneaza acestea. Prin urmare, Adamatzky s-a interesat printre expertii in sisteme BZ daca a reusit cineva crearea unor echivalenti chimici ai bilelor de biliard. In 2002, el a luat contact cu o echipa de cercetatori spanioli si americani care folosisera un amestec BZ fotosensibil; cu un anumit grad de stimulare luminoasa, acesta generase in valurile reactiei particule ce calatoreau prin vas liniar, nu radial.

Anul trecut, Adamatzky a reusit el insusi sa obtina in valurile BZ fragmente mai mici de un milimetru care se deplasau liniar si le-a numit gloante. Experientele ulterioare au aratat ca aceste fragmente se compor­ta mai degraba ca niste particule decat ca niste valuri, uneori ciocnindu-se si ricosand asemenea unor bile de biliard, ceea ce l-a incredintat ca pot fi folosite pentru crearea de operatori logici. A mai descoperit ca, atunci cand doua astfel de gloante se cioc­nesc sub un anumit unghi, din ele rezulta un singur glonte, care pleaca mai departe intr-o anumita directie. Atunci si numai atunci. Iata opera­to­rul AND! Au urmat apoi alti opera­tori, NOT si OR. Pasul urmator: com­bi­narea acestora in circuite logice complexe. Cu toate ca proiectul lui se afla intr-o faza timpurie, Adamatzky este convins ca poate controla gloantele si le poate organiza in circuite. Cautarile sale se indreapta in prezent intr-o di­rectie specifica: trimiterea iesirilor din operatorii logici spre puncte definite, inzestrate cu senzori. Avand in vedere mediul in care se intampla toate aceste lucruri (gelul BZ), Ada­ma­tzky considera ca „putem avea un cir­cuit foarte complicat intr-un vo­lum foar­te mic“. Ba mai mult, in locul logicii binare s-ar putea folosi o logica n-ara.

Toate acestea l-au dus si il duc mai departe pe Adamatzky spre scopul sau: construirea unui procesor lichid, in care circuitele metalice sa fie inlocuite de o picatura de gel. Materialul-gazda pe care-l are in vedere este un polimer electroactiv de consistenta gelului. In urma unor experimente, acesta a dovedit ca poate reactiona la anumiti stimuli in timpul reactiei BZ. Si mai departe? Poate acest creier lichid sa devina sensibil? Adamatzky crede ca da. Prin inserarea de hormoni sintetici intr-un astfel de procesor, masina care-l va contine ar putea deveni capabila sa simta sau sa exprime emotii. Chiar daca, in final, Andrew Adamatzky nu va reusi, ideile lui vor sta la baza crearii unui procesor mai performant sau la imbogatirea cunostintelor despre felul cum functioneaza creierul uman. „La urma urmei, chimia bazata pe BZ este unul dintre cele mai bune modele pe care le avem pentru proce­sele ce au loc in capetele noastre“, zice profesorul Ken Showalter, de la West Virginia University. „Chimia pare a se situa undeva intre circuitele electronice si tesutul viu. Si e mult mai aproape de biologie.“

Foto: Guliver

FACTS

Reactia Belusov-Zabotinski

Calculul chimic isi datoreaza puterea unui fenomen cunoscut drept reactia Belusov-Zabotinski (BZ). Aceasta consta intr-un ciclu repetat de trei seturi diferite de reactie, fiecare cu propriul sau amestec de ioni si molecule. O data combinate ingredientele, orice variatie locala a concentratiei (sau un catalizator) va declansa primul set de reactii. Produsul acestui set il va declansa pe urmatorul, care va da startul celui de-al treilea, care, la randul lui, il va reporni pe primul s.a.m.d. Reactantii isi vor schimba culorile de la rosu la albastru si retur. Pentru ca aceasta reactie se autopropaga – reactia dintr-un loc se raspandeste in afara si provoaca vecina­ta­tea sa reactioneze –, ea creeaza valuri alternative de rosu si albastru, care se imprastie inspre exterior dinspre punctul in care a inceput reactia.

Facts

Operatori logici lichizi inhibitorii chimici adaugati intr-o reactie Belusov-Zabotinski creeaza fragmente de val minuscule, care se misca in linie dreapta. Cand fragmentele se ciocnesc, ei interactioneaza ricosand unul din altul sau chiar anihilandu-se unul pe celalalt. Acest comportament poate fi folosit pentru a construi operatori logici, cum ar fi, de pilda, echivalentul operatorului AND. Operatorul AND:  » intrare x, intrare y, iesire; » valurile o iau in aceasta directie doar daca atat x, cat si y au intrari.

Andrew Adamatzky Cercetator principal la Intelligent Autonomous Systems Lab, Universitatea Angliei de Vest din Bristol, si membru al Institutului de Nanotehnologie din Marea Britanie, Andrew Adamatzky (stanga) s-a ocupat in ultimii 15 ani cu sistemele neliniare in biologie, fizica si inginerie, concentrandu-se asupra automatelor celulare, a algorit­milor paraleli si a inteligentei colective. A publi­cat peste 60 de lucrari stiintifice si doua monografii.