В Петербурге разработали основу для компьютера на химических реагентах
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 20 декабря. /ТАСС/. Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" разработали модель химической реакции, с помощью которой можно будет создать первый резервуарный компьютер, работающий на реагентах. Носителем информации в таком устройстве на новых принципах вместо привычных чипов на кремнии будут выступать серная кислота, малоновая кислота, вода и ферроин, информация будет кодироваться с помощью их колебаний, сообщил ТАСС доцент кафедры систем автоматизированного проектирования (САПР) ЛЭТИ Тимур Каримов.
"В основе разработанной модели лежат химические процессы известной реакции Белоусова-Жаботинского. Особенность реакции состоит в том, что после смешивания реагентов в течение определенного времени ряд параметров раствора меняется колебательно. Частота колебаний зависит как от концентрации химических реагентов. Возможность управления подобной реакцией и ее точного моделирования позволит создать компьютер нового типа", - рассказал Тимур Каримов.
Он пояснил, что все более активно внедряемые в современном мире нейросети, системы искусственного интеллекта остаются чисто программными продуктами, которые работают на обычных компьютерах, на традиционном "железе". Возрастающие потребности систем ИИ в вычислительных мощностях и в памяти требуют создания компьютеров на принципиально иных принципах, нежели базовая кремниевая микроэлектроника. Для поиска новых решений ученым ЛЭТИ был выделен грант Российского научного фонда.
Химия для нейросетей
Химическая реакция Белоусова-Жаботинского крайне перспективна в части создания по сути аналогового компьютера, носителем информации в котором были бы не чипы, а жидкости. Серная кислота, малоновая кислота, вода и ферроин при своем взаимодействии вызывают активные хаотичные колебания, которые, тем не менее, подчиняются определенным законам и могут быть интегрированы в общую прикладную систему. Особенность реакции состоит в том, что колебания носят не только механический, волновой характер, но и связаны с цветом, который тоже изменяется хаотично.
Чтобы выявить эти закономерности, ученые ЛЭТИ создали специальную установку, которая позволила провести эксперименты и проверить гипотезы относительно пригодности реагентов для создания резервуарного компьютера. Информация фиксировалась с помощью оптических датчиков и контроллеров.
Все это позволило создать математическую модель реакции для ее применения при создании компьютера. Из емкостей с веществами и их смесями, которые выполняют перманентные многофакторные колебания, фактически формируется искусственная нейросеть, с помощью которой можно выполнять резервуарные вычисления. Резервуар в этом смысле - это самообучаемая часть сложных нейросетей, для считывания информации из него используют дополнительные обучаемые слои.
"Химический компьютер может работать так: ввод информации осуществляется перемешиванием в заданных пробирках, затем отслеживаются колебания во всем массиве пробирок оптическими датчиками, затем производится анализ этой динамики с помощью внешней нейросети. Опыты с массивом связанных пробирок показывают, что такой резервуар действительно имеет память", - пояснила ассистент кафедры САПР ЛЭТИ Екатерина Копец.
Как подчеркнул руководитель лаборатории робототехники и компьютерного творчества МолНИИ, доцент кафедры САПР СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Артур Каримов, создание рабочей математической модели такой сложной нелинейной реакции позволит прикладным образом использовать все ее особенности именно для создания уже готового прототипа, обеспечивающего высокие показатели по мощностям.
"Эксперименты с реальными реагентами трудоемки и страдают плохой повторяемостью, поэтому вопрос, как лучше организовать химический компьютер, оптимально решать моделированием. Сейчас ученые пробуют разные альтернативы кремнию в нейрочипах. Активно развиваются пассивные элементы с памятью (мемристоры), но и химические вычисления, или, допустим, сверхпроводниковые технологии, тоже могут завтра "выстрелить". Нам, ученым в области компьютерных наук, нужно показать, что это в принципе может работать, а дальше дело за производством: изготовить микрофлюидный чип не будет проблемой", - подытожил Артур Каримов.