В России создали чип для химических роботов
В отличие от традиционных электронных чипов, этот чип не нуждается в электрическом токе, поскольку по его проводникам распространяются химические волны. Это открытие может стать основой для создания интеллектуальных устройств, которые сегодня кажутся фантастикой. Созданный прототип способен выполнять вычисления без необходимости в источнике питания. Предполагается, что он станет основой для разработки мягких химических роботов.
– Схема чипа в чем-то схожа с электронной микросхемой на полупроводниках, но вместо электрического тока по его дорожкам бегут химические волны. Такая передача сигналов по химическим волноводам напоминает распространение потенциала действия в аксонах живых нейронов. Если говорить совсем метафорично, то это, как если бы желе в баночке начало думать, – рассказал старший научный сотрудник БФУ им. И. Канта Иван Проскуркин.
Ученый охарактеризовал чип как динамичную систему, которая представляет собой реакцию Белоусова–Жаботинского, протекающую в специальной полимерной среде с интегрированным катализатором.
Ученые из разных государств мира с конца 1980-х годов работают над созданием химических вычислительных систем, которые функционируют на основе реакции Белоусова–Жаботинского. В 1951 году советский химик Борис Белоусов открыл автоколебательную реакцию, опровергнув представление о том, что химические реакции могут быть только необратимыми. Позже Анатолий Жаботинский продолжил исследования и доказал их важность для изучения нелинейной динамики, самоорганизации и биологических ритмов. Реакция Белоусова–Жаботинского позволяет воспроизводить импульсные режимы, которые характерны для биологических нейронов.
В БФУ им. Канта разработали и применили уникальную технологию фотопечати для создания чипа. На предметное стекло нанесли тонкий слой специального вещества – прегеля. Затем его подвергли экспонированию через особую маску в течение нескольких минут. После этого остатки прегеля были удалены, и на поверхности стекла осталась полимерная «интегральная схема». По мнению ученых, этот процесс напоминает фотолитографию, которая используется в производстве кремниевых микросхем. В геле, который подвергается воздействию серебряной проволоки, возникают химические волны. Они распространяются через асимметричные соединения только в одну сторону. Для этого был разработан особый компонент – химический диод.
– Дизайн химического диода отличается от аналогов тем, что примыкающие части асимметричного соединения содержат разные катализаторы реакции Белоусова-Жаботинского и, как следствие, имеют разные пороги возбудимости. Результаты тестовых экспериментов и компьютерного моделирования позволяют утверждать, что такой подход существенно увеличивает надежность работы и срок службы диода. <...> По мере усложнения нейроморфные химические чипы смогут выполнять некоторые вычислительные задачи, сохраняя при этом энергоэффективность и компактность. Эта инновация открывает перспективы для создания маленьких мягких полимерных роботов, способных самостоятельно перемещаться, манипулировать миниатюрными предметами и, возможно, даже обучаться, – рассказала руководитель Центра прикладной нелинейной динамики Анастасия Лаврова.
В октябре 2020 года на своем сайте БФУ им. И. Канта опубликовал информацию о том, что была успешно реализована теоретическая концепция химического нейрокомпьютера в виде реального микроустройства.
– Мы также хотели бы, чтобы это микро-устройство работало на «химическом топливе», не используя электричества. В этом случае оно могло бы быть автономным, – заявил руководитель Центра нелинейной химии БФУ им. И. Канта профессор Владимир Ванаг.
Он сообщил, что исследователи создали уникальный химический нейрокомпьютер, способный к адаптации. Этот компьютер, по его словам, можно назвать химическим мозгом.
Источник: CNews