Umělá evoluce vytvořila fungující elektroniku z nanočástic zlata  
Radikálně nový přístup k vývoji elektronických obvodů využívá darwinovský mechanismus přírodního výběru. Evoluční elektronika klepe na dveře.

 

Evoluční čip vytvořený z nanočástic zlata. Kredit: University of Twente.
Evoluční čip vytvořený z nanočástic zlata. Kredit: University of Twente.

Bouřlivý rozvoj elektroniky nepochybně představuje jeden z největších úspěchů dvacátého století. Výkon počítačů rostl až do říše fantazie a vývojáři toho dosahovali neustálým zmenšováním klíčových komponent elektroniky na křemíkových čipech. Jenže pouhé zmenšování a zmenšování nejde dělat úplně do nekonečna. Soudobé tranzistory jsou v podstatě už jenom z hrstky atomů a výroba čipů s miliony a miliony takových tranzistorů představuje doopravdovou výzvu. Zároveň s tím v elektronice děsivě vzrůstá spotřeba energie.

Vývoj počítačových technologií je zralý na hledání životaschopných alternativ. Jako jedna z takových alternativ se rýsuje inspirace přírodními procesy. Úplně slepá a bezcílná evoluce mimoděk vytvořila úžasné výpočetní systémy z organických materiálů, které jsou relativně odolné, energeticky úsporné a obdivuhodně řeší spoustu úkolů zároveň. Je to tristní. Nejlepší běžně dostupné mikroprocesory zvládnou 10 na jedenáctou operací za sekundu a potřebují k tomu pár stovek wattů energie. Lidský mozek zvládne o řád výpočtů víc a přitom spotřebuje pouhých 10 až 20 wattů. 

Wilfred van der Wiel. Kredit: University of Twente.
Wilfred van der Wiel. Kredit: University of Twente.

Vývojáři už vícekrát zjistili, jak mohutná a tvořivá je síla prostinkého mechanismu přírodního výběru a ukázalo se to i teď. Darwinovský přírodní výběr využili Wilfred van der Wiel z institutu MESA+ Institute for Nanotechnology nizozemské Univerzity ve Twente a jeho kolegové. Jen si namísto organických komponent hráli s nanočásticemi zlata, což dodává jejich pozoruhodnému výzkumu, publikovanému nedávno v časopisu Nature Nanotechnology, blyštivý nádech alchymie. Van der Wiel a spol. vytvořili z nanočástic zlata o průměru 20 nanometrů shluky, z nichž poté umělou evolucí poháněnou mechanismem přírodního výběru, čili genetickými algoritmy, prostřednictvím manipulace elektrickým proudem, vytvořili fungující elektronické obvody. Nanočástice zlata během toho zmrazili na 0,3 stupně Celsia nad absolutní nulou, podle van der Wiela to ale bylo z praktických důvodů a lze očekávat, že to bude fungovat i za pokojové teploty.

Umělá evoluce je sympaticky šílený postup, při němž se objevují podivné, nesouměrné, podezřelé, ba i dokonce lidskému vkusu odporující zařízení, které ale nakonec překvapivě dobře plní původní zadání. Pro připomenutí – je to vážně jednoduché: 1. podle vybraného vzoru se vytvoří početné kopie (obdoba biologického rozmnožování), které se ale navzájem trošku liší (obdoba diverzity). 2. Mezi těmito kopiemi se vybere taková, která nejlépe odpovídá zadání (obdoba samotného výběru) a 3. cyklus se uzavírá vytvořením nové várky kopií (obdoba vystřídaní generací v přírodě).

MESA+ Institute for Nanotechnology.
MESA+ Institute for Nanotechnology.


Van der Wielův tým tímto způsobem vytvořil ze shluku nanočástic elektronickou součástku, která se sice velikostí podobá klasickým elektronickým protějškům, ale její vnitřnosti mnohem víc připomínají nervovou soustavu nějakého živočicha, než elektronický obvod. Oproti biologické evoluci to stihli doopravdy rychle. Namísto dlouhých milionů let jim stačila necelá hodinka. Stejně jako v případě mozku nám není úplně jasné, jak přesně evoluční elektronika z nanočástic zlata funguje, ale výsledek je takový, jaký má být.

Je to vůbec poprvé, kdy někdo vytvořil fungující elektroniku umělou evolucí o zhruba stejné velikosti, jakou mají běžné komerční produkty. Možná stojíme na prahu revoluce evoluční elektroniky. Takové čipy by mohly dobře zvládat komplexní úlohy a mohly by se uplatnit třeba v nositelné či biomedicínské elektronice, nebo i v řadě jiných odvětví.


Video:   MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente



Literatura
University of Twente 21. 9. 2015, NewScientist 21. 9. 2015, Nature Nanotechnology online 21. 9. 2015.

Datum: 22.09.2015
Tisk článku

Inteligence - Osho
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 218 Kč
cena: 218 Kč
Inteligence
Osho
Související články:

Umělá inteligence se učí chápat jazyk hraním slavné hry     Autor: Stanislav Mihulka (19.07.2011)
Neurosynaptický čip inspirovanou mozkovou kůrou     Autor: Stanislav Mihulka (09.08.2014)
Masová vymírání mohou urychlit evoluci     Autor: Stanislav Mihulka (20.08.2015)



Diskuze:

Petros Pd,2015-09-23 21:59:26

Darwinovský přírodní výběr a evoluční algoritmy se hodí jen na některé úlohy a na optimalizaci funkcí, skládat velmi složité a komplexní struktury je totiž z hlediska evoluce a přežití nevýhodné. Proto také bakterie zůstávají bakteriemi a nevyvíjí se z nich ani červi ani brouci, ani ryby a to ani po milionech let. Důkazy takové evoluce chybí.

Odpovědět


Nehaňte rána před večerem.

Josef Hrncirik,2015-09-24 06:27:16

Dočkejte dalších 7 nocí.

Odpovědět


Re:

Jakub Matouš1,2015-09-24 22:06:15

Na evoluci je zajímavé že hlavní cíl všech organismů je dostat se mimo evoluci, a absolutní ovládnutí prostředí. Takže když se stal poprvé z jednobuněčného organismu vícebuněčný dostal se v podstatě do nového prostředí kde neměl konkurenci takže se mohl dostatečně rozmnožit než ho evoluce dohnala. To se v současnosti už moc stát nemůže protože pokud se stane z bakterie vícebuněčný organismus, bude muset bojovat v konkurenčním prostředí proti mnohem vyspělejším organizmům.

Odpovědět


Re: Re:

Jiří Novák,2015-09-24 23:34:51

On zase není tak ostrý přechod mezi jednobuněčnými a mnohobuněčnými organismy. Řada druhů je obojí a k jednobuněčnosti/mnohobuněčnosti se přiklánějí podle momentální situace. Aspoň tak je to u eukaryot.

A ty zmiňované bakterie taky mnohdy tvoří mnohobuněčné kolonie, dokonce s diferencovanými buňkami.

Odpovědět


Re: Re:

Petros Pd,2015-09-25 18:13:04

Není v tom jednota, mnoho darwinistů zase tvrdí že evoluce žádný cíl nemá, že jde jen o přežití. Nakonec proč by měla bakterie chtít ovládat prostředí, když nemá žádný mozek ani emoce, jen se replikuje, dochází k náhodným mutacím a přežívají ty lépe přizpůsobené, potud to chápu. Bakterie jsou vlastně takový simulátor co tyto změny umí a neumí, protože za pár let v akváriu v laboratoři dojde k většímu počtu rozmnožení, mutací a selekcí, než u vyšších forem za miliony let.

Odpovědět


Re: Re: Re:

Jakub Matouš1,2015-09-25 19:40:04

Tak ve svém komentáři jsem se dopustil úmyslně k zjednodušení (pro zkrácení textu).
Evoluce skutečně žádný cíl nemá je to jen mechanizmus, přesto nejde opomenout výsledky a to že existuje řada živočichů, který nepotřebovali se po miliony let změnit a zpravidla jde o živočich, který nemají přirozené nepřátele. bakterie samozřejmě nepořádají tajná shromáždění s cílem ovládnout svět. Oni se prostě jenom množí, dokud nedosáhnou maxima v daném prostředí, nebo se v daném prostředí objeví predátor, který bude stavy redukovat.

Odpovědět

Detaily

Oskar Zemcik,2015-09-23 15:52:49

Docela bych uvítal podrobnější info o těch částečkách, jak je uspořádali na začátku a jak mněnily další generace. Není mi jasné jak to, že nevědí jak to funguje, pokud další generace sami tvořili. Navíc je zajímavá ta rychlost, předpokládám že nestačí udělat 2 pozměněné kopie a vybrat lepší.

Odpovědět


Přeprogramovalo se to evolučně samo, jako v diesel VW

Josef Hrncirik,2015-09-23 17:10:14

SW způsobil nárůst obsahu O2 v atmosféře USA v okamžiku měření a tím poklesly emise i spotřeba 40x.
Nebo jen smíchy při testování učurávali močovinu do výfuku.
Pravděpodobně však jen nezákonně snížíli otáčky.
Nebezpečná Nordická lest tak ohrozila vážnost EPA.
Faktické údaje nejspíš neexistují.

Odpovědět


podle článku, který se tprve teď objevil na "Aktuálněcz" se zdá, že šedovlasý vědec v texaskách, který prý potopil VW nerozlišuje oxidy uhličtý, uhelnatý a dusnatý.

Josef Hrncirik,2015-09-23 18:29:09

Tvrdí, že obsah oxidu uhličitého ve spalinách 40x přesáhl povolený limit.
Buď je bez Šafaříkových koncovek mocenství mezi oxidy ztracen, nebo si navíc plete dusík s uhlíkem.
Nebo je to přebásněno kavárenskými novináři, kteří ví vše a o ničem nepochybují.

Odpovědět


Re: podle článku, který se tprve teď objevil na "Aktuálněcz" se zdá, že šedovlasý vědec v texaskách, který prý potopil VW nerozlišuje oxidy uhličtý, uhelnatý a dusnatý.

Palo Priezvisko,2015-09-24 21:38:21

40 nasobne prekrocenie CO2 je nezmysel. z urciteho mnozstva paliva sa vytvori nejake mnozstvo co2. 40 nasobne prekrocenie by znamenalo 40 nasobne vacsiu spotrebu ako tvrdia merania vyrobcu.. a ti sice spotrebu umyselne znizuju, ale nie viac ako 50%

Odpovědět


teprve dnes píší: oxid dusnatý

Josef Hrncirik,2015-09-25 22:21:55

NO vzniká při vyšší koncentraci O2 ve spalinách extrémně vysoké teploty, tj. malém množství paliva směsi a malém zatížení motoru.
Emise auto při jízdě nemůže dlouhodobě spolehlivě měřit, stejně silně závisí na režimu
a podmínkách jízdy.
V civilizovaném světě na to byly státní zkušebny, v usraeli mají šedovlasé vědce v texaskách a svetru.
Prostě má být normovaný rozumný režim testu s kontrolovatelnými výsledky.
Jinak šedovlasý vědec málo nahustí pneu a zanese filtr vzduchu.
VW přeci principiálně nemůže hovořit o emisích.
To a režim má určit zkušebna.

Je to malá ukázka TTIP.

Odpovědět


NO a?

Frank Paramount,2015-09-29 02:32:12

Co píšou nenoviny.cz a český levicoví puberťáci je relevantní. Bez znalosti průběhu měření výfukových splodin jde o pouhé plácnutí do vody. Výfuk (smog test) se měří každé 2 roky, někdo chodí i po roce, podle výsledku jsou poplatky které jdou do místní městské kasy a na opravy silnic. Tester je připojen na telefonní linku přímo do DMV kde nahlásí výsledek. Kupodivu všechno funguje bez jakýchkoliv technických průkazů. Až o něčem budeš tlachat Jožo, něco si přečti a nezapomeň si dát další pivo.

Odpovědět


Re: NO b?

Josef Hrncirik,2015-10-11 21:15:16

No dobře.
To vypadá technicky i tržně.
No, ale proč píší, že šedovlasý vědec, který si myslel že mu nejdou měřáky pak potopil VW i se Škodou.
Proč nemohl dostat data od NSA, nebo DMV a musel roztřepávat měřáky a ošoupávat texasky a svetr?
No a kdo tedy bude živit právníky?

Odpovědět

Viac o príspevku

Boris Lukac,2015-09-23 11:44:40

Všade píšu pripbližne rovnaký článok , nič viac:

https://www.google.sk/search?q=Evolution+of+a+designless+nanoparticle+network+into+reconfigurable+Boolean+logic&oq=Evolution+of+a+designless+nanoparticle+network+into+reconfigurable+Boolean+logic&aqs=chrome..69i57j69i60l2&sourceid=chrome&es_sm=122&ie=UTF-8#newwindow=1&q=%22Evolution+of+a+designless+nanoparticle+network+into+reconfigurable+Boolean+logic%22+

Odpovědět


Re: Viac o príspevku

Milan K,2015-09-23 12:53:51

kdy jeho informační hodnota je plus mínus Blesk

Odpovědět

Na FIT VUT v Brne uz pred 10 rokmi

Zicho Cobol,2015-09-23 10:16:25

Len by som chcel podotknut, ze podobny vyskum, aj ked nie na tak nizkej urovni (atomov), robili uz pred 10 rokmi na FIT VUT v Brne. Bol som na habilitacii (alebo dakej inej obhajobe) coby student.

Pouzili geneticke algoritmi k vytvorenie CMOS binarnej scitacky, ktora vo vysledku potrebovala ovela menej hradiel ako klasicka logicka. Pochopit, ako to vlastne scita, sa nedalo. Vysledna struktura vyuzivala pravdepodobne fyzicke vlasnosti CMOS. Nepamatam sa, ci ta struktura bola kopirovatelna na ine CMOS, kde by tiez fungovala.

Gajda, Sekanina: http://www.fit.vutbr.cz/~sekanina/publ/gecco07/gajda-sekanina.pdf

Odpovědět

Jak dělají kopie?

Martin Plec,2015-09-22 23:38:44

To by mě zajímalo, jak dělají ty kopie vybraného vzoru? To je ta vrstva zlata jednoatomová?

Odpovědět


Jak dělají kopie se z informací zdarma nedozvíte. Předpokládám že v nejlepším případě se na podložky s 8 Au elektrodami

Josef Hrncirik,2015-09-23 12:48:14

při vhodném proudovém režimu vysráží přijatelný počet Au NP = nanokuliček průměru 20 nm, tj. průměrně obsahujících cca 600 000 atomů Au.
Jak obvody formují a dokonce třídí ev. zda by to mohli dělat cca. "tiskem" netuším.
Ale asi ne samokopírováním s evolučním vývojem lepších variant.
Au vyrobí snadno pomocí kamene mudrců, problém jsou kontakty a podložky a třídění (a recyklace) a především řekněme programovatelné přepojování sítě mezi vstupními a výstupními elektrodami složité sítě.
Mohli naznačit kolik bitů jsou-li vůbec schopni uložit a přečíst z paměti, či a jak transformovat a zase uložit.
Nebo je to jen siť typu Alzheimer?

Odpovědět


Možná že jen tvrdí, že v ?neuronové síti

Josef Hrncirik,2015-09-23 12:58:16

lze naprogramovat evolučně se vylepšující program plnící jakýsi tajemný úkol. Nerozumím tomu co tam zdarma píší, neumím maďarsky.
Politika Maďarů se mi však velmi líbí.

Odpovědět

Adam Trhoň,2015-09-22 16:59:58

A co ta součástka umí?

Odpovědět


umí z lidí vytáhnout prachy: "Buy an article!"

Josef Hrncirik,2015-09-22 21:49:58

Z toho co je zdarma = "nečitelné "nanografy" bez dostatečného popisu"
hádám, že shluk zlatých nanočástic částečně? pokrytých tiolem mezi 8 přívodními Au elektrodami na čipu při 0,6 K ?? se dal "vhodnými proudovými pulzy" přeprogramovat tak, že fungoval v záhadných režimech podobně? jako "jednoelektronový tranzistor" ?pojistka s přijatelnou platbou?
a logická hradla AND nebo NOT.
No a tím by asi principiálně mohli vyrobit obvod XOR a pochopitelně i umělý mozek.
Zlaté dráty na řekněme safírových čipech a výběr před rozmnožováním, ani rozmnožování zdarma nebyly.
Prostě nekompromisní Darwinovský výběr.
Jsem si jist, že v placeném článku je množení do detailů barvitě popsáno a zdokumentováno.

Odpovědět


V barvách na křídovém papíru

Josef Hrncirik,2015-09-23 17:00:13

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace