Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое химический компьютер, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое химический компьютер , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров.
Химический компьютер , также называемый реакционно-диффузионным компьютером , компьютером Белоусова-Жаботинского ( БЗ ) или компьютером-гуваром , — это нетрадиционный компьютер, основанный на полутвердом химическом «супе», где данные представлены различными концентрациями химических веществ. Вычисления выполняются с помощью естественных химических реакций .
Изменение цвета(автоколебания) реакционной смеси в реакции Белоусова — Жаботинского с ферроином
Реакция Белоусова — Жаботинского — класс химических реакций, протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.
В настоящее время под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по механизму, но различающихся используемыми катализаторами (Ce3+, Mn2+ и комплексы Fe2+, Ru2+), органическими восстановителями (малоновая кислота, броммалоновая кислота, лимонная кислота, яблочная кислота и др.) и окислителями (броматы, иодаты и др.).
При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования универсальных закономерностей нелинейных систем. В частности, именно в реакции Белоусова — Жаботинского наблюдался первый экспериментальный странный аттрактор в химических системах и была осуществлена экспериментальная проверка его теоретически предсказанных свойств.
Первоначально химические реакции рассматривались как простое движение к стабильному равновесию, что не очень подходило для вычислений. Ситуация изменилась благодаря открытию советского ученого Бориса Белоусова в 1950-х годах. Он создал химическую реакцию между различными солями и кислотами, которая колебалась между желтым и прозрачным цветом, поскольку концентрация различных компонентов циклически изменялась вверх и вниз. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В то время это считалось невозможным, поскольку, казалось, противоречило второму закону термодинамики , который гласит, что в замкнутой системе энтропия со временем только увеличивается, заставляя компоненты в смеси распределяться до достижения равновесия и делая невозможными любые изменения концентрации. Но современные теоретические анализы показывают, что достаточно сложные реакции действительно могут включать волновые явления, не нарушая законов природы. (Убедительная, непосредственно видимая демонстрация была достигнута Анатолием Жаботинским с помощью реакции Белоусова-Жаботинского , показавшей спиралевидные цветные волны.)
Волновые свойства реакции Белоусова-Жаботинского означают, что она может передавать информацию так же, как и все другие волны. Однако это по-прежнему оставляет необходимость в вычислениях, выполняемых обычными микрочипами с использованием двоичного кода, передающего и изменяющего единицы и нули через сложную систему логических элементов . Для выполнения любых мыслимых вычислений достаточно иметь элементы И-НЕ (элемент И-НЕ имеет два входных бита. Его выход равен 0, если оба бита равны 1, в противном случае — 1). В химической версии компьютера логические элементы реализуются с помощью концентрационных волн, блокирующих или усиливающих друг друга различными способами.
В 1989 году было продемонстрировано, как светочувствительные химические реакции могут выполнять обработку изображений . Это привело к подъему в области химических вычислений. Эндрю Адамацки из Университета Западной Англии продемонстрировал простые логические вентили, используя реакционно-диффузионные процессы. Кроме того, он теоретически показал, как гипотетическая « среда 2 + », смоделированная как клеточный автомат, может выполнять вычисления. Адамацки вдохновился теоретической статьей о вычислениях, используя шары на бильярдном столе, чтобы перенести этот принцип на BZ-химические вещества и заменить бильярдные шары волнами: если две волны встречаются в растворе, они создают третью волну, которая регистрируется как 1.
Одна из проблем нынешней версии этой технологии — скорость распространения волн; они распространяются всего лишь со скоростью несколько миллиметров в минуту. По словам Адамацкого, эту проблему можно устранить, разместив затворы очень близко друг к другу, чтобы обеспечить быструю передачу сигналов. Другой возможностью могут быть новые химические реакции, в которых волны распространяются гораздо быстрее.
В 2014 году международная группа под руководством Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (EMPA) разработала систему химических вычислений. химический компьютер использовал расчеты поверхностного натяжения, полученные из эффекта Марангони, с помощью кислотного геля для поиска наиболее эффективного маршрута между точками А и В, превосходя по скорости обычную спутниковую навигационную систему, пытавшуюся рассчитать тот же маршрут.
В 2015 году аспиранты Стэнфордского университета создали компьютер, используя магнитные поля и капли воды, содержащие магнитные наночастицы , что проиллюстрировало некоторые основные принципы работы химического компьютера.
В 2015 году студенты Вашингтонского университета создали язык программирования для химических реакций (первоначально разработанный для анализа ДНК ).
В 2017 году исследователи из Гарвардского университета запатентовали химическую машину Тьюринга, работающую на основе нелинейной динамики реакции Белоусова-Жаботинского . [ 12 ] Разработанная ими система способна распознавать язык типа 1 Хомского, используя соображения свободной энергии Гиббса . Эта работа впоследствии была опубликована в 2019 году, включая системы для языков типа 2 и типа 3 Хомского.
В 2020 году исследователи из Университета Глазго создали химический компьютер, используя детали, напечатанные на 3D-принтере, и магнитные мешалки, чтобы управлять колебаниями среды Белоусова-Жаботинского. При этом они смогли вычислять бинарные логические вентили и выполнять распознавание образов.
Исследование, описанное в статье про химический компьютер, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое химический компьютер и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров
Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про химический компьютер
Комментарии