Moleculaire Computer Bootst Menselijke Hersenen Na

{h1}

Een superdunne computer van slechts twee moleculen dik kan complexe problemen oplossen.

Een superdunne computer van slechts twee moleculen dik kan complexe problemen oplossen en kan, net als het menselijk brein, evolueren om tegelijkertijd veel bewerkingen te verbeteren en uit te voeren.

Deze moleculaire processor kan zichzelf ook genezen als er een defect is, voegde de onderzoeker eraan toe.

Moderne computers werken met duizelingwekkende snelheden, in staat om meer dan 10 biljoen instructies per seconde uit te voeren. In het algemeen voeren ze echter opeenvolgend handelingen uit, één voor één.

Hersencellen of neuronen schieten 1000 keer per seconde "slechts" per seconde, maar het feit dat miljoenen tegelijk tegelijkertijd werken, betekent dat ze taken efficiënter kunnen uitvoeren dan zelfs de snelste supercomputer.

De verbindingen tussen neuronen evolueren ook in de loop van de tijd, worden sterker of zwakker naarmate de hersenen de beste manier vinden om problemen op te lossen. Op deze manier kunnen dergelijke netwerken in de loop van de tijd leren.

Een moleculaire computer

Nu heeft een internationaal onderzoeksteam uit Japan en de Verenigde Staten een computer gemaakt met slechts twee moleculen dik die deze eigenschappen van het menselijk brein tot op zekere hoogte kunnen repliceren.

De bouwsteen van deze computer is een organische verbinding die bekend staat als 2,3-dichloor-5,6-dicyano-p-benzochinon, kortweg DDQ. Dit molecuul kan in feite schakelen tussen vier verschillende elektrisch geleidende toestanden - denk aan een ring met vier spaken.

De wetenschappers deponeerden moleculen van DDQ op een oppervlak van goud, dat vervolgens spontaan in twee lagen werd samengevoegd, elk een hexagonaal raster van moleculen.

De onderzoekers gebruikten vervolgens de elektrisch geladen punt van een scanning tunneling-microscoop om individueel moleculen in de toplaag in te stellen naar een gewenste status, in essentie data in het systeem te schrijven. (Een scanning tunneling-microscoop werkt enigszins zoals de vingers van een blinde persoon doen met Braille-schrijven - over een oppervlak bewegen om microscopische bulten en valleien te detecteren.)

Elk molecuul kon draadloos communiceren met zijn buren via hun elektrische velden. Deze moleculen wisselden continu informatie uit in de vorm van elektronen onderling, waardoor moleculen om hen heen soms van toestand veranderden. Dit is vergelijkbaar met de manier waarop elektriciteit langs draden stroomt, waardoor transistors in microchips heen en weer schakelen om gegevens te coderen als enen of nullen.

De resultaten waren patronen zoals lijnen, driehoeken, zeshoeken en ruiten, waarbij elk molecuul binnen een bepaalde staat is ingesteld.

Massaal parallel

In totaal werken minstens 300 moleculen in het systeem samen als een massaal parallelle computer, waarbij elke status verandert wanneer gegevens in het systeem worden geschreven. De patronen of "cellulaire automaten" die resulteren tussen de moleculen functioneren net als circuits op chips om de stroom van elektriciteit te richten. Het verschil is dat in dit systeem de patronen in de loop van de tijd kunnen evolueren wanneer nieuwe gegevens worden ingevoerd.

Ook, net als de hersenen, maar in tegenstelling tot andere bestaande door de mens gemaakte computers, kan dit nieuwe systeem zichzelf genezen omdat de moleculen waaruit de computer bestaat zichzelf automatisch kunnen reorganiseren.

"Dit is hersenachtig computergebruik," zei onderzoeker Ranjit Pati, een natuurkundige aan de Michigan Technological University.

Om de macht van de moleculaire computer te testen, hebben de onderzoekers het gebruikt om twee natuurlijke fenomenen te simuleren: de manier waarop warmte door een materiaal diffundeert en de manier waarop kankers in het lichaam groeien.

In principe zou deze nieuwe computer ook kunnen dienen als een manier om problemen op te lossen die conventionele computers te moeilijk vinden om aan te pakken, "hardnekkige problemen die binnen een eindige tijd als onmogelijk worden beschouwd", verklaarde hoofdonderzoeker Anirban Bandyopadhyay, een fysicus bij de Japanners Nationaal Instituut voor Materiaalkunde in Tsukuba.

Deze kunnen het voorspellen van het gedrag van systemen met veel op elkaar inwerkende lichamen omvatten - alles van uitbraken van ziekten tot de evolutie van sterrenstelsels, zei Pati in Michigan.

Een belangrijke zwakheid van het systeem is hoe het afhangt van scanning tunneling microscopie, wat een langzaam proces is. In de toekomst kan het mogelijk zijn om meerdere tips tegelijk te gebruiken om tegelijkertijd meerdere moleculen te scannen, stelde Pati voor.

Omdat deze moleculen zichzelf in rasters samenstellen, zal opschalen naar een groter systeem geen probleem zijn. Het volgende doelwit van het team is een computer met 1.000 moleculaire schakelaars.

"Het werk is aan de gang," zei Bandyopadhyay.

Toekomstig onderzoek zou ook moleculen kunnen gebruiken die op meer dan vier toestanden kunnen worden ingesteld, voor nog complexere systemen, voegde Pati eraan toe.

De wetenschappers hebben hun bevindingen online gepubliceerd op 25 april in het tijdschrift Natuurfysica.

  • 10 diepgaande innovaties vooruit
  • Cat Brain inspireert computers van de toekomst
  • Beyond the Mouse: 5 manieren om met toekomstige computers te communiceren


Video Supplement: Why toddlers are smarter than computers | Gary Marcus | TEDxCERN.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com