Komputery chemiczne i biochemiczne
Koncepcja komputera chemicznego polega na tym, aby zamiast sygnałów elektronicznych, czyli zjawisk fi zycznych związanych z ruchem ładunków elektrycznych, wykorzystywać sygnały chemiczne. Polacy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udowodnili, że proste układy kropel, w których zachodzą reakcje chemiczne, mogą przetwarzać informacje w sposób użyteczny, np. rozpoznając kształt określonego trójwymiarowego obiektu z dużą dokładnością lub prawidłowo klasyfikując komórki nowotworowe do łagodnych albo złośliwych.
Eksperymenty prowadzono w pojemniku wypełnionym cienką warstwą roztworu lipidowego w oleju. Niewielkie ilości oscylującego roztworu dodawanego do systemu za pomocą pipety tworzyły krople. Umieszczono je nad końcówkami włókien optycznych doprowadzonych do podstawy pojemnika. Chemicznym fundamentem tej formy pamięci jest reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego (BZR). Krople, w których pewne reakcje chemiczne przebiegają w sposób oscylacyjny, czyli powtarzalny, komunikują się ze sobą. Stan wzbudzenia przechodzi z jednej do drugiej, przy czym pierwsza osiąga po tej interakcji "stan spoczynku". Budzi to skojarzenia z interakcjami ładunków elektrycznych w przewodnikach i półprzewodnikach. Ale do chemicznego procesora potrzebne jest jeszcze sterowanie układem.
Naukowcy z IChF PAN użyli światła i katalizatora rutenowego. Reakcja zachodząca w kroplach powstrzymywana jest przez niebieskie światło, co oznacza, że przy intensywnym oświetleniu w kroplach ustają oscylacyjne reakcje. Dzięki zmianie oświetlenia określonej kropli można więc zdecydować, czy ma ona być zaangażowana w przetwarzanie informacji, czy też nie, i pobudzić ją do działania wg ustalonego "programu". W przypadku kropli wykorzystywanych do wprowadzania informacji, dłuższy czas naświetlania oznacza większą wartość wprowadzanych współrzędnych przestrzennych.
Badacze z Warszawy eksperymentowali ze sposobami wykrywania kształtu sferycznego, biorąc pod uwagę sieci złożone z kropel. By nauczyć system kropel wykrywania kształtu sfery, użyli algorytmów ewolucyjnych. Procedura nauczania trwała pięćset pokoleń. Zamiast współrzędnych przestrzennych punktów o kształcie sfery można je zasilać danymi o innym znaczeniu, np. kojarzonymi z różnymi właściwościami komórek nowotworowych. System mógłby wówczas poszukiwać danych odpowiadających np. chorobom nowotworowym lub złośliwym.
W badaniach prowadzonych razem z naukowcami z Uniwersytetu w Jenie, nasi badacze wykazali, że system kropli 5×5 może klasyfikować komórki nowotworowe z komputerowego zestawu danych do nauki Breast Cancer Wisconsin Dataset z dokładnością do 97%.
Do bitu w tradycyjnej informatyce, a kubitu w komputerach kwantowych dołącza chit - dodać trzeba więc prosty układ trzech kropli stykających się ze sobą, w którym zachodzą reakcje oscylacyjne.
Precyzyjnie rzecz biorąc, do tego zestawu powinna dołączyć jeszcze jednostka odpowiadająca najmniejszej porcji danych w układzie biologicznym, a właściwie biochemicznym, gdyż takie prototypy również już powstają, a jednym z pierwszych był układ stworzony kilka lat temu przez naukowców z Instytutu Badawczego Scripps Research w Kalifornii i Technion - Israel Institute of Technology. Komputer składał się z biomolekuł, które potrafiły odczytywać obraz zakodowany w ludzkim DNA. Na pierwszy rzut oka ów komputer przypominał zwykłą próbówkę wypełnioną jakąś cieczą. Ważne są jednak substancje chemiczne, które wchodzą w skład tego płynu. Wewnątrz próbówki znalazły się molekuły DNA, enzymy DNA oraz ATP (nukleotyd adeninowy), który wykorzystano jako źródło energii.
Zarówno hardware, jak i software tego komputera są wykonane z biomolekuł, które na drodze chemicznych reakcji zmuszają się nawzajem do działania. Osiągnięcie z góry założonych efektów podczas korzystania z urządzenia jest możliwe właśnie dzięki stworzeniu molekuł o określonej budowie, których zachowaniami rządzą zasady ustanowione przez uczonych.
