В БФУ заявили о создании первого в мире химического нейрокомпьютера с адаптивным поведением Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта создали первый нейрохимический компьютер, в основе которого лежит колебательная реакция Белоусова-Жаботинского. Как рассказали в пресс-службе БФУ в пятницу, 16 октября, над проектом работали несколько лет. В журнале "Physical Chemistry Chemical Physics" вышла статья, в которой подводятся первые итоги поисков и разработок химического миниатюрного устройства, способного вести себя разумно. Это устройство работает по тому же принципу, что и нейросети, образующие нейроны в человеческом мозге. "Задача разработки разумных химических микроустройств сродни задаче создания искусственной жизни, обладающей искусственным интеллектом. Заметим, что современные математические разработки искусственного интеллекта не подразумевают каких-либо следов искусственной жизни, - прокомментировал руководитель Центра нелинейной химии БФУ им. И. Канта Владимир Ванаг. - Очевидно, что наши микроустройства должны быть относительно сложными, тем более, что мы не можем использовать такой мощный регуляторный механизм, как геном" . Ученые хотели бы получить относительно простое микроустройство, чтобы можно было проследить за отдельными блоками. При этом идеальный нейрохимический компьютер должен работать на "химическом топливе", а не на электричестве. В таком случае он будет автономным. Базовый элемент химического нейрокомпьютера - микро-осциллятор (или, проще говоря, ячейка) размером около 0,1 мм, который работает на основе реакции Белоусова-Жаботинского. На первых этапах ученые проверяли надежность работы различных функциональных блоков химического нейрокомпьютера. После тестирования всех основных блоков появилась общая концепция работы нейрокомпьютера. Согласно концепции, поведение химического нейрокомпьютера должно напоминать разумное поведение живых организмов. По словам Владимира Ванага, целью опубликованной работы было экспериментальное воплощение теоретической концепции химического нейрокомпьютера в реальное микроустройство. И ее удалось достичь. "Теперь мы имеем первый в мире химический нейрокомпьютер с адаптивным поведением. Возможно, было бы правильнее назвать это устройство химическим мозгом, а не компьютером. Перспективы использования таких химических нейрокомпьютеров могут быть фантастические, некоторые из которых могут даже пугать. Представьте себе полчища маленьких (около 1 мм в диаметре) разумных жучков, которые могут двигаться и совершать целенаправленные действия, например, в поисках пищи. Однако так называемая практическая значимость определяется финансированием и конкретными целями, но не научными задачами самоорганизации" , - заключил ученый. Что такое реакция Белоусова - Жаботинского? В 1951 году советский химик Борис Белоусов, пытаясь смоделировать в лабораторных условиях метаболический процесс, обнаружил нечто странное. Раствор, в котором шла реакция, периодически менял свою окраску от бесцветного к жёлтому и обратно. То есть, дойдя до конца, процесс начинался заново. Многие учёные считали такое невозможным, необъяснимым, однако позже выдающийся биофизик Анатолий Жаботинский воспроизвёл опыты Белоусова и дал объяснение периодическим колебаниям в растворе. Таким образом были заложены основы нелинейной химии. Как это можно использовать? Капельки раствора - осцилляторы - взаимодействуют между собой. "Мы задействовали всего четыре элемента, обычных и дешёвых: малоновую кислоту, бромат, серную кислоту и катализатор. Но чтобы реакция была колебательной, важно соблюсти несколько условий", - пояснил руководитель Центра нелинейной химии БФУ имени Канта профессор Владимир Ванаг. Недавно в одном из самых известных научных журналов - Physical Chemistry Chemical Physics - вышла статья Владимира Ванага, которую он написал вместе со своими аспирантами Павлом Смеловым и Иваном Проскуркиным. В ней учёные описали, как можно переключать динамические режимы осцилляторов в зависимости от условий, в которых находится сеть. "Раньше никто этого делать не умел. А мы в своей статье показали, что это возможно, на примере очень простой сети, состоящей из четырёх микроосцилляторов. Теперь мы знаем, как воздействовать на систему, чтобы она могла бы приспосабливаться к внешним условиям, то есть в известном смысле вести себя разумно. Это ещё один шаг к созданию нейрохимического компьютера", - пояснил профессор Ванаг. В чём ещё преимущества нейрохимического компьютера? Ему не страшны вирусы, он не нуждается в электричестве. Но самый, возможно, большой плюс в том, что такой искусственный интеллект будет человеку понятней и ближе. "Никто не знает, как работает человеческий мозг. Мы заходим с другой стороны - пытаемся понять, как работают небольшие сети химических осцилляторов и какие функции могут выполнять. Уже сейчас мы видим, что даже относительно простые сети могут выполнять когнитивные функции - распознавать изображения и принимать решения. Можно предположить, что наш мозг работает примерно по такому же принципу. Если мы сумеем понять, как функционирует наша система, это поможет нейробиологам", - говорит учёный. Где могут применяться нейрохимические компьютеры Пока сложно сказать, где именно будут применяться подобного рода системы и смогут ли они вытеснить обыкновенные машины. "Скорее всего, обе технологии будут развиваться параллельно. Если их объединить, допустим, в одном киборге, это будет серьёзный прорыв. Нейрохимические компьютеры очень маленькие, их можно будет вживлять в человека, или он будет принимать их внутрь в виде капсулы. Но пока всё это, разумеется, только фантазии", - считает Владимир Ванаг. Рекомендовать Обсудить материал Написать редактору Распечатать Дата публикации: 16.10.2020
Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта создали первый нейрохимический компьютер, в основе которого лежит колебательная реакция Белоусова-Жаботинского. Как рассказали в пресс-службе БФУ в пятницу, 16 октября, над проектом работали несколько лет.
В журнале "Physical Chemistry Chemical Physics" вышла статья, в которой подводятся первые итоги поисков и разработок химического миниатюрного устройства, способного вести себя разумно. Это устройство работает по тому же принципу, что и нейросети, образующие нейроны в человеческом мозге.
"Задача разработки разумных химических микроустройств сродни задаче создания искусственной жизни, обладающей искусственным интеллектом. Заметим, что современные математические разработки искусственного интеллекта не подразумевают каких-либо следов искусственной жизни, - прокомментировал руководитель Центра нелинейной химии БФУ им. И. Канта Владимир Ванаг. - Очевидно, что наши микроустройства должны быть относительно сложными, тем более, что мы не можем использовать такой мощный регуляторный механизм, как геном" .
Ученые хотели бы получить относительно простое микроустройство, чтобы можно было проследить за отдельными блоками. При этом идеальный нейрохимический компьютер должен работать на "химическом топливе", а не на электричестве. В таком случае он будет автономным.
Базовый элемент химического нейрокомпьютера - микро-осциллятор (или, проще говоря, ячейка) размером около 0,1 мм, который работает на основе реакции Белоусова-Жаботинского. На первых этапах ученые проверяли надежность работы различных функциональных блоков химического нейрокомпьютера. После тестирования всех основных блоков появилась общая концепция работы нейрокомпьютера. Согласно концепции, поведение химического нейрокомпьютера должно напоминать разумное поведение живых организмов.
По словам Владимира Ванага, целью опубликованной работы было экспериментальное воплощение теоретической концепции химического нейрокомпьютера в реальное микроустройство. И ее удалось достичь. "Теперь мы имеем первый в мире химический нейрокомпьютер с адаптивным поведением. Возможно, было бы правильнее назвать это устройство химическим мозгом, а не компьютером. Перспективы использования таких химических нейрокомпьютеров могут быть фантастические, некоторые из которых могут даже пугать. Представьте себе полчища маленьких (около 1 мм в диаметре) разумных жучков, которые могут двигаться и совершать целенаправленные действия, например, в поисках пищи. Однако так называемая практическая значимость определяется финансированием и конкретными целями, но не научными задачами самоорганизации" , - заключил ученый.
Что такое реакция Белоусова - Жаботинского?
В 1951 году советский химик Борис Белоусов, пытаясь смоделировать в лабораторных условиях метаболический процесс, обнаружил нечто странное. Раствор, в котором шла реакция, периодически менял свою окраску от бесцветного к жёлтому и обратно. То есть, дойдя до конца, процесс начинался заново.
Многие учёные считали такое невозможным, необъяснимым, однако позже выдающийся биофизик Анатолий Жаботинский воспроизвёл опыты Белоусова и дал объяснение периодическим колебаниям в растворе. Таким образом были заложены основы нелинейной химии.
Как это можно использовать?
Капельки раствора - осцилляторы - взаимодействуют между собой.
"Мы задействовали всего четыре элемента, обычных и дешёвых: малоновую кислоту, бромат, серную кислоту и катализатор. Но чтобы реакция была колебательной, важно соблюсти несколько условий", - пояснил руководитель Центра нелинейной химии БФУ имени Канта профессор Владимир Ванаг. Недавно в одном из самых известных научных журналов - Physical Chemistry Chemical Physics - вышла статья Владимира Ванага, которую он написал вместе со своими аспирантами Павлом Смеловым и Иваном Проскуркиным. В ней учёные описали, как можно переключать динамические режимы осцилляторов в зависимости от условий, в которых находится сеть. "Раньше никто этого делать не умел. А мы в своей статье показали, что это возможно, на примере очень простой сети, состоящей из четырёх микроосцилляторов. Теперь мы знаем, как воздействовать на систему, чтобы она могла бы приспосабливаться к внешним условиям, то есть в известном смысле вести себя разумно. Это ещё один шаг к созданию нейрохимического компьютера", - пояснил профессор Ванаг.
В чём ещё преимущества нейрохимического компьютера?
Ему не страшны вирусы, он не нуждается в электричестве. Но самый, возможно, большой плюс в том, что такой искусственный интеллект будет человеку понятней и ближе.
"Никто не знает, как работает человеческий мозг. Мы заходим с другой стороны - пытаемся понять, как работают небольшие сети химических осцилляторов и какие функции могут выполнять. Уже сейчас мы видим, что даже относительно простые сети могут выполнять когнитивные функции - распознавать изображения и принимать решения. Можно предположить, что наш мозг работает примерно по такому же принципу. Если мы сумеем понять, как функционирует наша система, это поможет нейробиологам", - говорит учёный.
Где могут применяться нейрохимические компьютеры
Пока сложно сказать, где именно будут применяться подобного рода системы и смогут ли они вытеснить обыкновенные машины.
"Скорее всего, обе технологии будут развиваться параллельно. Если их объединить, допустим, в одном киборге, это будет серьёзный прорыв. Нейрохимические компьютеры очень маленькие, их можно будет вживлять в человека, или он будет принимать их внутрь в виде капсулы. Но пока всё это, разумеется, только фантазии", - считает Владимир Ванаг.
