воскресенье, 15 апреля 2012 г.

Создана модель компьютера, в котором вычисления осуществляются при помощи крабов

Создана модель компьютера, в котором вычисления осуществляются при помощи крабовЛогические вентили, использующие массовидное поведение крабов, были использованы группой японских исследователей под руководством Юкио-Пегио Ганджи из Университета Кобэ в модели «бильярдного компьютера».

Одно из перспективных направлений исследований в области электроники – исследование нестандартных видов логических вентилей и логических вентилей. Причин много. Первая теоретическая – обычные современные компьютеры чудовищно неэффективны в энергетическом смысле. Теоретически модели показывают, что те же вычисления можно проводить, затрачивая на много порядков меньше энергии. Вторая, скорее, эмпирическая – пиявки и тараканы демонстрируют весьма неплохие возможности сложных логических операций для, например, распознавания образов. Более того, некоторые существа, как те же слизевики, вообще обходятся без всяких нейронов, и все равно демонстрируют нечто, что выглядит как логические операции.

До этого учёные уже пробовали использовать для логических операций горячий лёд и слизевиков. Нынешний компьютер основан на роении солдат-крабов вида Mictyris guinotae .

В рамках работы ученые задались вопросом практической реализации так называемого бильярдного компьютера, теоретической разработки 80-х годов. В такой машине вычисления основаны на динамике бильярдных шаров, которые движутся в некой геометрически упорядоченной среде, например, по бильярдному столу сложной формы. При столкновении шары разлетаются по определённым правилам. В новой модели вместо шаров использовались стаи крабов-солдат Mictyris guinotae. Сначала специалисты смоделировали движение ракообразных на компьютере. Правила перемещения были достаточно простые: крабы в центре группы двигались туда, куда и их соседи, поэтому движением всей группы управляли только ракообразные по краям. Чтобы контролировать направление движения животных, ученые использовали обычную тень, которая имитировала тень от птиц – главных врагов крабов в естественной природе.

Отсутствие или присутствие такого «бильярдного шара» соответствует 0 и 1. Как говорит сам Юкио-Пегги Ганджи: «Мы продемонстрировали, что рои крабов-солдат могут служить логическими вентилями, будучи расположенными в геометрически ограниченном окружении».

При этом крабы в естественной среде обладают весьма совершенными алгоритмами роения. Вылезая из песка в момент отлива, они или бегут в середине стайки, просто повторяя поведение окружающих, или, если они находятся на передней кромке стаи, внезапно становятся агрессивными лидерами и способны преодолевать отдельные обводнённые участки, оставшиеся после прилива, заставляя своим поведением бежать за собой остальных крабов. Когда какое-то случайное препятствие отбрасывает их в середину стаи, они тут же вновь становятся «конформистами», которым практически не приходится самостоятельно продумывать поведение и маршрут следования. Иными словами, их поведение легко сводится к 0 и 1, что и позволяет построить на базе их стай логический вентиль. Когда их текущий лидер натыкается на стену, он всегда бежит вдоль неё в направлении противоположном тому, в котором исследователи расположили «тень птицы». За лидером побегут и остальные крабы, таким образом, играя роль бильярдных шаров.

При столкновении двух таких «шаров» они сливаются в одну группу, но самое удивительное, как показывают исследования японцев, что вектор их движения описывается стандартной механикой – они побегут в направлении, которое является суммой векторов их движения до столкновения, как если бы крабьи рои действительно были бильярдными шарами.

Создав специальные каналы для движения роёв крабов, учёные добились симуляции работы не одного логического вентиля, а целого крабового компьютера. Правда результаты были смешанными: логический вентиль ИЛИ работал просто отлично, а вот логический вентиль И был значительно менее надёжным. Учёные полагают, что несколько необычная обстановка лабораторных экспериментов повинна в этом: в отсутствии песка и морского воздуха крабы чувствуют себя некомфортно и конформизм внутри стай «не срабатывает». Они считают, что более дружелюбная обстановка может поправить дело в следующих экспериментах.

По их словам, исследование всё же очень перспективно, так как крабы внутри стаи вообще не тратят никаких усилий нервной системы на «вычислительное» поведение, а затраты усилий крабов-лидеров минимальны и могут быть воспроизведены в более продвинутой элементной базе крайне просто и эффективно. При этом сам факт возможности создания компьютера, хотя бы и простейшего, на базе роев крабов действительно примечателен.

Подготовлено по материалам Technology Review arXiv

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Компьютеры":

Stealth LPC-680 LittlePC: мини-компьютер на платформе Intel Sandy Bridge
Компания Stealth Computer представила, как утверждается, свой самый высокопроизводительный компьютер в корпусе небольшого формфактора — модель LPC-680 LittlePC. Аппаратная основа новинки — платформа Intel Sandy Bridge: в максимальной конфигурации мини-десктоп оснащается двухъядерным процессором Core i7-2620M с тактовой частотой 2,7 ГГц (повышается до 3,4 ГГц в турбо-режиме). Объём оперативной па...
  (читать дальше)

Gigabyte оснащает видеоадаптер GeForce GTX 680 системой охлаждения WindForce 3X
Компания Gigabyte подготовила к выпуску рассчитанный на игровые настольные ПК графический ускоритель GeForce GTX 680 на архитектуре nVidia нового поколения Kepler. Видеокарта, оснащённая 1 536 потоковыми процессорами и 2 Гб памяти GDDR5 с 256-битной шиной, поддерживает программный интерфейс DirectX 11, шину PCI Express 3.0, системы 3D Vision, CUDA, PhysX и SLI. Охлаждает новинки фирменная сист...
  (читать дальше)

Livestream Broadcaster позволит организовать потоковое вещание HD-видео без ПК
Компания Livestream начинает продажи компактного устройства Broadcaster, предназначенного для организации потоковой трансляции видеоматериалов высокого качества без применения компьютера. Broadcaster подключается к видеокамере посредством интерфейса HDMI и осуществляет кодирование изображения в формат H.264 со звуком AAC (битрейт до 2,3 Мбит/с). Поддерживаются стандарты 480i, 720p и 1080i. Для...
  (читать дальше)

Intel выпустит новые процессоры для микросерверов
Корпорация Intel в текущем году намерена выпустить энергетически эффективные чипы Xeon E3 нового поколения и Atom Centerton, разработанные специально для микросерверов. Микросерверы — относительно маломощные решения для предприятий малого и среднего бизнеса, которым не требуется дорогостоящее стоечное оборудование. Сообщается, что процессоры Xeon E3 будут выполнены на платформе Ivy Bridge, кот...
  (читать дальше)

Panasonic Lumix DMC-GF5: беззеркальная фотокамера со сменной оптикой
Компания Panasonic представила сегодня компактный фотоаппарат Lumix DMC-GF5 стандарта Micro Four Thirds. Беззеркальная фотокамера со сменной оптикой наделена матрицей Live MOS с 12,1 млн эффективных пикселов и процессором обработки изображений Venus Engine FHD. Максимальное разрешение снимков составляет 4000×3000 точек; поддерживается запись видео высокой чёткости в формате Full HD (1920×1080 пи...
  (читать дальше)

IBM запатентовала «умные» полы
IBM получила патент на «Систему охраны помещений с использованием поверхностных компьютерных технологий» (Securing Premises Using Surfaced-Based Computing Technology). Компания предлагает встраивать в полы датчики для определения присутствия людей и животных. Считается, что система сможет оценивать вес, а также площадь контакта. На основе этой информации будет делаться вывод о том, кто именно на...
  (читать дальше)

Canon EOS-1D C: зеркальный фотоаппарат с поддержкой видео в формате 4К
Компания Canon представила профессиональный зеркальный фотоаппарат EOS-1D C, предназначенный прежде всего для телевизионной и киноиндустрии. В новинке применена полнокадровая КМОП-матрица (36×24 мм) с 18,1 млн эффективных пикселов. За обработку изображений отвечают два высокопроизводительных процессора Digic 5+. Фотоаппарат наделён 61-точечной системой автоматической фокусировки, оптическим видо...
  (читать дальше)

Zotac Z77-ITX WiFi: материнская плата для компактных десктопов на базе Intel Ivy Bridge
Компания Zotac представила сегодня системную плату Z77-ITX WiFi для процессоров Intel в исполнении LGA 1155. Новинка, выполненная в формфакторе Mini ITX, предназначена для использования в компактных десктопах и медиацентрах. Плата построена на наборе логики Intel Z77 Express; поддерживаются чипы Core второго (Sandy Bridge) и третьего (Ivy Bridge) поколений. Для установки модулей оперативной памя...
  (читать дальше)

3Q Qoo Surf TS1010C: планшет с 10,1-дюймовым экраном на платформе nVidia Tegra 3
Компания 3Q начинает продажи в России планшетного компьютера Qoo Surf TS1010C под управлением операционной системы Android 4.0 Ice Cream Sandwich. Основа новинки — платформа nVidia Tegra третьего поколения. Эта «система на чипе» имеет конструктивное исполнение «4+1»: она включает четыре основных вычислительных ядра с тактовой частотой 1,4 ГГц и вспомогательное низковольтное ядро. Кроме того, в с...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)