Energooszczędne systemy obliczeniowe inspirowane naturą
Systemy żywe wykorzystują złożone sieci reakcji do przetwarzania ogromnych ilości informacji o swoim środowisku. Dobrymi przykładami są sieci sygnalizacyjne w komórkach odpornościowych, jak również stosowana przez bakterie strategia zwana „wyczuwaniem kworum” (ang. quorum sensing). „Gdybyśmy byli w stanie uchwycić właściwości takich sieci w syntetycznych materiałach przypominających systemy ożywione, moglibyśmy stworzyć molekularne systemy przetwarzania informacji, które znacznie różniłyby się od komputerów, które znamy dzisiaj”, mówi Wilhelm Huck(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesor Uniwersytetu im. Radbouda w Nijmegen(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Właśnie na tym skupił się Huck w swoich badaniach, korzystając ze wsparcia projektu Life-Inspired, finansowanego ze środków Unii Europejskiej.
Od rywalizacji po złożone sieci
Projekt ten, który uzyskał wsparcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zakładał zastosowanie obliczeń rezerwuarowych in chemico do analizy nieodłącznej dynamiki i nieliniowości reakcji chemicznych. „Wykazaliśmy, w jaki sposób można wykorzystać rywalizację między cząsteczkami o wspólne zasoby, w tym przypadku – o enzym, do budowania złożonych sieci nadających się do obliczeń rezerwuarowych in chemico”, zauważa Huck. Obliczenia rezerwuarowe to struktura obliczeniowa, która wykorzystuje dynamiczny, wielowymiarowy system (rezerwuar) do przetwarzania sygnałów wejściowych. Wzorując się na tej technologii, w obliczeniach rezerwuarowych in chemico naukowcy wykorzystali sieci reakcji chemicznych jako „rezerwuar” do wykonywania obliczeń.
Ku bardziej energooszczędnym systemom obliczeniowym
Wykorzystując nieodłączną dynamikę i złożoność reakcji chemicznych do przetwarzania informacji, zespół projektu zidentyfikował potencjalną strategię osiągnięcia bardziej energooszczędnych systemów obliczeniowych. „Obliczenia cyfrowe, zwłaszcza gdy są wykorzystywane do trenowania modeli AI, zużywają ogromne ilości energii”, wyjaśnia Huck. „Naszym celem było sprawdzenie, czy możemy opracować alternatywne paradygmaty obliczeniowe, które są bardziej energooszczędne”. Oprócz pracy nad energooszczędnymi systemami obliczeniowymi w ramach projektu rozważano również wykorzystanie tego typu obliczeń jako sposobu na zdobycie nowej wiedzy na temat procesów biologicznych. „Nasze molekularne podejście do obliczeń może pomóc nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób żywe komórki przetwarzają informacje”, dodaje Huck. „W dłuższej perspektywie może to wyjaśnić sposób, w jaki choroby zakłócają zdolność żywego systemu do przetwarzania informacji”. Ponadto w ramach projektu naukowcy chcieli sprawdzić, w jaki sposób obliczenia metodą in chemico można wykorzystać do opracowania nowych typów czujników.
Na styku systemów elektronicznych i żywych
Dzięki pracy doktorantów i „postdoców” projekt Life-Inspired zaowocował przemianą prostego pomysłu w dość imponujący czujnik i komputer rezerwuarowy. „Mam nadzieję, że nasza praca posłuży jako punkt zwrotny, który pozwoli innym uczonym budować sieci oparte na rywalizacji i wykorzystywać takie systemy chemiczne jako komputery rezerwuarowe, znajdując nowe sposoby współdziałania z systemami elektronicznymi i żywymi”, podsumowuje Huck. Z myślą o poszerzeniu zakresu i mocy obliczeniowej systemów opracowanych w ramach projektu Life-Inspired Huck ubiega się obecnie o dodatkowe finansowanie. Ponadto kończy właśnie prace nad artykułem opisującym część wyników uzyskanych dzięki realizacji projektu.
