Новое вычислительное устройство – «крабокомпьютер»

Создание вычислительных устройств, работающих без привычной электроники – пожалуй, самая интригующая область современной техники.

Ученые разрабатывают «компьютеры» с применением в них молекулы ДНК, кристаллов и слизевиков. Такие разработки стимулируются 2-мя основными причинами. Во-первых, максимально низкая энергоэффективность обычных современных компьютеров – ее возможности ниже возможной на несколько порядков. И, во-вторых, растущий интерес ученых к методам вычисления, которые использует сама природа на протяжении миллиардов лет, и уж она-то, наверняка, умеет это делать проще и лучше, чем могли успеть придумать люди.

Японским ученым из исследовательской группы института Юкио-Пегио Ганзи все же удалось создать один  из таких удивительных устройств – им стал «крабокомпьютер».

Авторы этого проекта первоначально заинтересовались исследованием одного американского профессора Томазо Тоффоли, который еще в 80-х годах прошлого столетия рассматривал вероятность создания «бильярдного компьютера». Его идея заключалась в том, информация кодировалась не с помощью наличия или отсутствия заряда, а с помощью наличия или отсутствия бильярдных шаров. И вычисления в данном случае осуществлялись бы на основе движения и столкновения шаров в заданном геометрическом окружении.

Основываясь на этом подходе, японские ученые создали похожий компьютер, в котором вместо бильярдных шаров стали использоваться живые крабы-солдаты, которые, как оказалось, идеально подошли для этой роли.

Крабы обитают в прибрежных песках лагун, и при каждом отливе на суше их оказываются сотни тысяч. Они находятся вместе огромными скоплениями и двигаются по инерции все вместе, куда соседи, туда и они. И лишь когда они оказываются на краю толпы – то становятся в ведущих или ведомых, и только в этом случае начинают хоть немного думать, куда и в каком направлении им дальше двигаться.

Но, даже в таком случае, крабами становится управлять очень легко. Ведь они реагируют на любую тень, которую принимают за отражение хищной птицы и тут же начинают менять направление, спасаясь от возможной угрозы. Что еще любопытно, при столкновении двух таких групп крабов – они сразу сливаются в одно целое и после двигаются в том направлении, которое получится в сумме двух направлений движения обеих групп. Иначе можно выразиться – их вектор направлен в ту сторону, что и сумма двух исходных векторов. И все эти движения их настолько просты и механичны, что крабы ведут себя ничем не хуже, чем настоящие биороботы.

Благодаря таким выводам ученые смогли создать самый простой лабиринт, передвигаясь по которому крабы смогли выполнять самые простые логические операции. К примеру, присутствие группы крабов равнялось единице, их отсутствие в заданной точке – нулю, а их передвижение по трубам лабиринта позволяло проводить необходимые математические действия – умножение, сложение и так далее.

Новую идею японцы опробовали на практике только после проверки ее с помощью моделирования на настоящем электронном. 

Правда, результаты, оказались пока совсем не идеальными, так как при выполнении логического сложения, иначе – дизъюнкции, крабы проявляли себя просто замечательно, а вот логическое умножение, или конъюнкция, им удавалось далеко не всегда. Авторы проекта надеются, что при лучшей оптимизации условий для движения крабов внутри лабиринта, от них можно будет добиться большей производительности.