Войти
Разнообразие морфологий нейронов в слуховой коре A компьютер с влажным ПО является органическим компьютер (который также может быть известен как искусственный органический мозг или нейрокомпьютер ), состоящий из органического материала, такого как живые нейроны. Компьютеры Wetware, состоящие из нейронов, отличаются от обычных компьютеров, потому что, как считается, они способны «думать самостоятельно» из-за динамической природы нейронов. Несмотря на то, что «мокрое ПО» все еще в значительной степени концептуально, успехи в конструировании и прототипировании были ограниченными, что послужило доказательством реалистичного применения концепции в вычислениях в будущем. Наиболее известные прототипы возникли в результате исследований, проведенных инженером-биологом Уильямом Дитто во время его работы в Технологическом институте Джорджии. Его работа по созданию простого нейрокомпьютера, способного к базовому сложению из нейронов пиявки, в 1999 году стала значительным открытием для этой концепции. Это исследование послужило основным примером, вызвавшим интерес к созданию этих искусственно сконструированных, но все же органических мозгов.
Концепция влажного ПО - это приложение, представляющее особый интерес в области компьютерного производства. Закон Мура, который гласит, что количество транзисторов, которые могут быть размещены на кремниевом чипе, удваивается примерно каждые два года, служил целью для промышленность в течение десятилетий, но поскольку размер компьютеров продолжает уменьшаться, способность достичь этой цели становится все труднее, угрожая выйти на плато. Из-за сложности уменьшения размера компьютеров из-за ограничений по размеру транзисторов и интегральных схем, «мокрое» ПО представляет собой нетрадиционную альтернативу. Компьютер с программным обеспечением, состоящий из нейронов, является идеальной концепцией, потому что, в отличие от обычных материалов, которые работают в двоичном (включено / выключено), нейрон может переключаться между тысячами состояний, постоянно меняя свою химическую конформацию, и перенаправления электрических импульсов через более чем 200 000 каналов в любом из своих многочисленных синаптических соединений. Из-за такой большой разницы в возможных настройках для любого нейрона по сравнению с ограничениями двоичного кода обычных компьютеров ограничения по пространству намного меньше.
Концепция программного обеспечения отличается и нетрадиционно, и вызывает небольшой резонанс как в аппаратном обеспечении, так и в программном обеспечении обычных компьютеров. В то время как под аппаратным обеспечением понимается физическая архитектура традиционных вычислительных устройств, построенная из электрических схем и силиконовых пластин, программное обеспечение представляет собой закодированную архитектуру хранения и инструкций. Влажное ПО - это отдельная концепция, которая использует образование органических молекул, в основном сложных клеточных структур (таких как нейроны), для создания вычислительного устройства, такого как компьютер. В программном обеспечении идеи аппаратного и программного обеспечения взаимосвязаны и взаимозависимы. Молекулярный и химический состав органической или биологической структуры будет представлять не только физическую структуру влажного ПО, но и программное обеспечение, которое постоянно перепрограммируется дискретными сдвигами в электрических импульсах и градиентами химической концентрации по мере того, как молекулы изменяют свою структуру для передачи сигналов. Чувствительность клетки, белков и молекул к изменению конформаций как внутри их собственных структур, так и вокруг них связывает воедино идею внутреннего программирования и внешней структуры способом, чуждым нынешней модели традиционной компьютерной архитектуры.
Структура программного обеспечения представляет собой модель, в которой внешняя структура и внутреннее программирование взаимозависимы и унифицированы; Это означает, что изменения в программировании или внутренней связи между молекулами устройства будут представлять физическое изменение в структуре. Динамический характер влажного оборудования заимствован из функции сложных клеточных структур в биологических организмах. Сочетание «аппаратного обеспечения» и «программного обеспечения» в одной динамической и взаимозависимой системе, которая использует органические молекулы и комплексы для создания нетрадиционной модели вычислительных устройств, является конкретным примером прикладной биороботики.
Клетки во многих отношениях можно рассматривать как отдельную форму естественного влажного ПО, аналогично концепции, согласно которой человеческий мозг является уже существующей модельной системой для сложного влажного ПО. В своей книге «Влажное ПО: компьютер в каждой живой клетке» (2009) Деннис Брэй объясняет свою теорию о том, что клетки, которые являются самой основной формой жизни, представляют собой всего лишь очень сложную вычислительную структуру, подобную компьютеру. Чтобы упростить один из его аргументов, ячейку можно рассматривать как тип компьютера, использующего свою собственную структурированную архитектуру. В этой архитектуре, как и в традиционном компьютере, многие более мелкие компоненты работают в тандеме для приема ввода, обработки информации и вычисления вывода. При чрезмерно упрощенном, нетехническом анализе клеточная функция может быть разбита на следующие компоненты: информация и инструкции для выполнения хранятся в клетке в виде ДНК, РНК выступает в качестве источника четко закодированных входных данных, обрабатываемых рибосомами и другими факторами транскрипции. для доступа и обработки ДНК и для вывода белка. Аргумент Брея в пользу рассмотрения клеток и клеточных структур как моделей естественных вычислительных устройств важен при рассмотрении более прикладных теорий влажного ПО применительно к биороботике.
Влажное ПО и биороботика тесно связаны концепции, которые обе заимствуют из схожих общих принципов. Биороботическая структура может быть определена как система, смоделированная на основе уже существующего органического комплекса или модели, такой как клетки (нейроны) или более сложных структур, таких как органы (мозг) или целые организмы. В отличие от влажного ПО концепция биороботики не всегда представляет собой систему, состоящую из органических молекул, но вместо этого может состоять из обычного материала, который разработан и собран в структуру, аналогичную или полученную из биологической модели. Биороботика имеет множество применений и используется для решения проблем традиционной компьютерной архитектуры. В концептуальном плане разработка программы, робота или вычислительного устройства по уже существующей биологической модели, такой как клетка или даже целый организм, дает инженеру или программисту преимущества включения в структуру эволюционных преимуществ модели.
В 1999 году Уильям Дитто и его команда исследователей из Технологического института Джорджии и Университета Эмори создали базовую форму компьютера с программным обеспечением, способного к простому добавлению, используя пиявки нейроны. Пиявки использовались в качестве модельных организмов из-за большого размера их нейрона и простоты, связанной с их сбором и манипуляциями. Компьютер смог завершить базовое добавление с помощью электрических датчиков, вставленных в нейрон. Однако манипулирование электрическими токами через нейроны было нетривиальным достижением. В отличие от традиционной компьютерной архитектуры, которая основана на двоичных состояниях включения / выключения, нейроны могут существовать в тысячах состояний и взаимодействовать друг с другом через синаптические соединения, каждое из которых содержит более 200 000 каналов. Каждый из них может динамически изменяться в процессе, называемом самоорганизацией, чтобы постоянно формировать и реформировать новые связи. Обычная компьютерная программа, называемая динамическим зажимом, была написана Евой Мардер, нейробиологом из Университета Брандейса, которая могла считывать электрические импульсы от нейронов в реальном времени и интерпретировать их. Эта программа использовалась для управления электрическими сигналами, вводимыми в нейроны, для представления чисел и для связи друг с другом для возврата суммы. Хотя этот компьютер является очень простым примером структуры программного обеспечения, он представляет собой небольшой пример с меньшим количеством нейронов, чем в более сложном органе. Дитто считает, что при увеличении количества присутствующих нейронов хаотические сигналы, передаваемые между ними, будут самоорганизовываться в более структурированный паттерн, такой как регуляция сердечных нейронов в постоянное сердцебиение, обнаруживаемое у людей и других живых организмов.
После своей работы по созданию базового компьютера из нейронов пиявки, Дитто продолжал работать не только с органическими молекулами и программным обеспечением, но и над концепцией применения хаотической природы биологических системы и органические молекулы к обычным материалам и логическим воротам. Хаотические системы имеют преимущества для генерации шаблонов и вычисления функций более высокого порядка, таких как память, арифметическая логика и операции ввода / вывода. В своей статье «Построение хаотического компьютерного чипа» Дитто обсуждает преимущества в программировании использования хаотических систем с их большей чувствительностью к реагированию и изменению конфигурации логических вентилей в его концептуальном хаотическом чипе. Основное различие между хаотической компьютерной микросхемой и обычной компьютерной микросхемой - это реконфигурируемость хаотической системы. В отличие от традиционного компьютерного чипа, в котором программируемый элемент логической матрицы должен быть перенастроен путем переключения множества одноцелевых логических вентилей, хаотический чип может перенастроить все логические вентили посредством управления шаблоном, генерируемым нелинейным хаотическим элементом..
Когнитивная биология оценивает познание как базовую биологическую функцию. В. Текумсе Фитч, профессор когнитивной биологии в Венском университете, является ведущим теоретиком идей клеточной интенциональности. Идея состоит в том, что не только целые организмы обладают чувством «близости» интенциональности, но и что отдельные клетки также несут чувство интенциональности благодаря способности клеток адаптироваться и реорганизовываться в ответ на определенные стимулы. Fitch обсуждает идею нано-интенциональности, особенно в отношении нейронов, в их способности корректировать перестройки для создания нейронных сетей. Он обсуждает способность клеток, таких как нейроны, независимо реагировать на стимулы, такие как повреждение, как то, что он считает «внутренней интенциональностью» в клетках, объясняя, что «на гораздо более простом уровне, чем преднамеренность на когнитивном уровне человека, я предполагают, что эта базовая способность живых существ [реакция на стимулы] обеспечивает необходимые строительные блоки для познания и интенциональности более высокого порядка ». Fitch описывает ценность своих исследований для конкретных областей информатики, таких как искусственный интеллект и компьютерная архитектура. Он заявляет, что «[I] если исследователь стремится создать сознательную машину, выполнение этого с помощью жестких переключателей (будь то электронные лампы или статические кремниевые чипы) - это не то дерево». Fitch считает, что важным аспектом развития таких областей, как искусственный интеллект, является программное обеспечение с наноразмерной направленностью и автономной способностью адаптироваться и реструктурировать себя.
В обзоре вышеупомянутого исследования, проведенного Fitch, Дэниел Деннет, профессор Университета Тафтса, обсуждает важность различия между концепцией оборудования и программного обеспечения при оценке идеи влажного ПО и органических материалов. такие как нейроны. Деннет обсуждает ценность наблюдения за человеческим мозгом как на уже существующем примере «влажного ПО». Он считает, что мозг обладает «способностью кремниевого компьютера брать на себя неограниченное количество временных когнитивных ролей». Деннет не согласен с Fitch в некоторых областях, таких как соотношение программного и аппаратного обеспечения с программным обеспечением, а также на то, на что может быть способна машина с программным обеспечением. Деннет подчеркивает важность дополнительных исследований человеческого познания, чтобы лучше понять внутренний механизм, с помощью которого может работать человеческий мозг, чтобы лучше создать органический компьютер.
Подполе Органические компьютеры и программное обеспечение все еще в значительной степени гипотетичны и находятся на предварительной стадии. Несмотря на то, что с момента появления калькулятора на основе нейронов, разработанного Дитто в 1990-х годах, в создании органического компьютера еще не произошло серьезных изменений, исследования продолжают продвигать эту область вперед. Такие проекты, как моделирование хаотических путей в кремниевых чипах Ditto, сделали новые открытия в способах организации традиционных кремниевых чипов и структурирования компьютерной архитектуры, чтобы сделать ее более эффективной и лучше структурированной. Идеи, возникающие в области когнитивной биологии, также помогают продолжать продвигать открытия в способах структурирования систем для искусственного интеллекта, чтобы лучше имитировать ранее существовавшие системы у людей.
В предлагаемом грибковом компьютере с использованием базидиомицетов информация представлена всплесками электрической активности, вычисления реализованы в сети мицелия, а интерфейс реализован через плодовые тела.
