Artykuły
Jak żywe
PC Format 10/2018

Rozwijając technologie przyszłości, inżynierowie często korzą się przed Matką Naturą. Co rusz okazuje się, że ukształtowane tysiącami lat ewolucji rozwiązania znane ze świata roślin i zwierząt przydają się także nowoczesnej cywilizacji. Michał Amielańczyk

Biokomputery


Potencjalnie najbardziej przełomowy może okazać się wpływ natury na rozwój komputerów. Nie ma miesiąca bez kolejnych doniesień o osiągnięciach sztucznej inteligencji, za którą stoją pracujące podobnie jak ludzki mózg sieci neuronowe. By algorytmy Google’a umiały rozpoznawać obiekty na zdjęciach czy identyfikować znaczenie tekstu sformułowanego w języku naturalnym, sztuczną inteligencję karmi się materiałem „do nauki” w postaci olbrzymiej liczby obiektów, w których ta dostrzega wzory i podobieństwa, używane potem do klasyfikowania nieznanych treści. Gdy natomiast OpenAI doskonali sterowanie bohaterem w grze sieciowej takiej jak Dota 2, otrzymuje cele do osiągnięcia (np. zabicie przeciwnika, zniszczenie budynku), a potem raz za razem gra sama ze sobą i ucząc się na błędach, odkrywa, w wyniku czego dochodzi do zgonu wrogu, a potem doskonali proces, by działo się to szybciej.

Pojawiają się też pomysły łączenia sztucznych sieci neuronowych z rzeczywistymi – np. Neuralink, firma Elona Muska, pracuje nad wszczepianymi interfejsami do komunikacji mózgu z komputerem. Z kolei firma badawcza Koniku opracowała metodę wielomiesięcznego podtrzymywania przy życiu neuronów myszy, które połączone z elektrodami używanymi do „programowania” i sensorami tworzą urządzenie zdolne wykryć np. zapach materiału wybuchowego na lotnisku.

Nie wolno też zapominać o nowym nośniku danych – łańcuchach DNA, w których zera i jedynki koduje się w sekwencjach nukleotydów. Tak zapisane dane nie degenerują się z upływem czasu, a gęstość upakowania jest tak duża, że gdyby chcieć zapisać w ten sposób całą zawartość internetu, mieszczący 215 milionów gigabajtów pakiecik ważyłby jeden gram. Barierą są, naturalnie, koszty – zapisanie i odkodowanie jednego megabajta danych kosztuje ok. 3500 dolarów, choć jeszcze w 2012 cena była trzy razy wyższa.


Wydaje się jednak, że to właśnie tu czeka przyszłość – w ubiegłym roku naukowcy z Harvardu zdołali nawet „dopisać” słynną animację galopującego konia Eadwearda Muybridge’a do DNA żywej bakterii. Rok wcześniej naukowcy MIT stworzyli też namiastkę „programowalnej komórki” – zapisali w genomie bakterii E. Coli instrukcję, na mocy której komórka produkowała inne fluorescencyjne białka po wystawieniu na działanie określonych związków chemicznych. Do powstania żyjących komputerów jeszcze daleko, ale pamiętajmy, że zaledwie sto lat temu nie było jeszcze nawet ENIAC-a – więc może ktoś z nas dożyje i takiego science fiction.

Dziurawy Mirasol

Jedną z porażek w pracy nad naśladowaniem natury są wyświetlacze Mirasol. Absolwent MIT Mark Miles wpadł na pomysł stworzenia ekranów działających jak skrzydła barwnych motyli. Zamiast korzystać z własnego podświetlenia Mirasol miały odbijać światło dzienne dzięki umieszczonej pod ekranem specjalnej lustrzanej kliszy i za pomocą kontrolowanej mikromechanizmami interferencji uzyskiwać różne barwy. Pomysł był rozwijany przez Qualcomm – Amerykanie wpompowali nawet miliard dolarów w specjalną fabrykę na Tajwanie, która miała produkować ekrany dla innych firm. Niestety pierwsze ekrany miały blade kolory, a ponieważ pracowały z częstotliwością 60 Hz, wbrew rzekomej energooszczędności były bardziej prądożerne od konkurencji takiej jak E-Ink – w praktyce spełniona została więc tylko obietnica dobrej czytelności w słońcu. Na rynku pokazało się kilka czytników e-booków i smartwatchy z Mirasol, ale ostatecznie pomysł upadł. Trzy lata temu wspomnianą fabrykę na Tajwanie przejęło Apple – może więc motyl za jakiś czas powróci?

Korzenie ekologii

Szukając źródeł odnawialnej energii, naukowcy zaczęli przyglądać się np. stumetrowym sekwojom, które mimo rozmiarów transportują wodę i składniki odżywcze od korzeni po wierzchołek drzewa. W ten sposób wpadli na pomysł użycia energii z osmozy, czyli wyrównywania się stężeń dwóch roztworów. W przypadku prototypowej elektrowni w norweskiej miejscowości Tofte membrana osmotyczna oddzielała wodę morską i słodką, mieszające się u ujścia rzeki do morza. Ciśnienie powstające po stronie „słonej” napędzało turbinę. Niestety projekt zakończono ze względu na zbyt duże koszty i niedoskonałość materiałów – 1,5 W z metra kwadratowego membrany to mało. Wysokie koszty utrudniają też rozwijanie „sztucznych liści”. Jeden z bardziej obiecujących modeli powstał dwa lata temu na Harvardzie. Daniel Nocera (powyżej) i Pamela Silver opracowali metodę wytwarzana ciekłego biopaliwa przez bakterie. Przyjmują one wodór z rozszczepionych za pomocą reagującego na światło Słońca katalizatora cząsteczek wody oraz dwutlenek węgla. Ta fotosynteza działa nawet lepiej niż „zwykła”, bo aż 10 proc. energii słonecznej przetwarzane jest na paliwo.



Zobacz również