понедельник, 16 апреля 2012 г.

Создана модель компьютера, в котором вычисления осуществляются при помощи крабов

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

Изучение нестандартных видов логических элементов и логических вентилей насущно необходимо, чему несколько причин. Первая относится скорее к теории: современные компьютеры чудовищно неэффективны в энергетическом смысле, а теоретические модели показывают, что те же вычисления можно проводить, затрачивая на восемь порядков меньше энергии. Вторая — эмпирическая: пиявки и тараканы демонстрируют весьма неплохие возможности сложных логических операций для, например, распознавания образов. Более того, некоторые существа (те же слизевики) вообще обходятся без нейронов и всё равно демонстрируют нечто, что выглядит как логические операции.

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

Японские исследователи 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 некоей геометрически упорядоченной среде, к примеру, по бильярдному столу сложной формы. При столкновении шары разлетаются по определённым правилам. В новой модели вместо шаров использовались стаи крабов-солдат Mictyris guinotae. Сначала по довольно простым правилам были смоделированы движения ракообразных: крабы в центре группы двигались туда, куда и их соседи, поэтому перемещением всей группы управляли только ракообразные по краям. Чтобы контролировать направление движения животных, учёные использовали обычную тень, которая имитировала тень от птиц — главных врагов крабов в естественной среде.

Отсутствие или присутствие такого «бильярдного шара» соответствует «0» и «1». Как говорят сами исследователи, «мы показали, что рои крабов-солдат могут служить логическими элементами, будучи расположенными в геометрически ограниченном окружении».

При этом в природе крабы обладают весьма совершенными алгоритмами роения. Вылезая из песка в момент отлива, они или бегут в середине стайки, просто повторяя поведение соседей, или, если находятся на передней кромке стаи, внезапно становятся агрессивными лидерами, способными преодолевать отдельные обводнённые участки, оставшиеся после прилива, увлекая за собой остальных. Когда какое-то случайное препятствие отбрасывает их в середину группы, они тут же вновь превращаются в «конформистов».

Иными словами, их поведение легко сводится к «0» и «1», что и позволяет построить логический элемент. Когда текущий вожак натыкается на стену, он всегда бежит вдоль неё в направлении, противоположном тому, в котором исследователи расположили «тень птицы». За «командиром» непременно проследуют остальные крабы, таким образом, играя роль бильярдных шаров.

При столкновении двух таких «шаров» они сливаются в одну группу, но самое удивительное, как показывают исследования, в том, что вектор их движения описывается стандартной механикой: крабы 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 групп крабов, учёные добились симуляции работы не одного логического элемента, но целого «крабьего компьютера». Правда, результаты были смешанными: логический элемент ИЛИ работал просто отлично, а вот логический элемент И показал куда меньшую надёжность. Учёные полагают, что в этом повинна несколько необычная обстановка лабораторных экспериментов: в отсутствие песка и морского воздуха крабы чувствуют себя некомфортно, и «конформизм» внутри стай «не срабатывает». Они считают, что в следующих экспериментах более дружелюбная среда обязательно сработает.

По словам авторов работы, всё это очень перспективно, так как крабы внутри стаи вообще не тратят никаких нервных усилий на «вычислительное» поведение, а затраты крабов-вожаков минимальны и могут быть воспроизведены на более продвинутой элементной базе просто и эффективно.

Подготовлено по материалам Technology Review и arXiv-препринта.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Компьютеры":

Продажам планшетов в 2012 году пророчат двукратный рост
Компания Gartner сделала прогноз по мировому рынку планшетных компьютеров на ближайшие пять лет. В 2011-м, по оценкам Gartner, по всему миру было реализовано около 60,0 млн планшетов на различных программно-аппаратных платформах. На iPad пришлось приблизительно 40,0 млн штук; доля Apple составила 67%. Производители Android-планшетов сообща реализовали 17,3 млн устройств, заняв примерно 29% рынка...
  (читать дальше)

HGST выпускает первые в мире винчестеры на 4 Тб корпоративного класса
Компания HGST (ранее — Hitachi Global Storage Technologies), купленная фирмой Western Digital, представила сегодня жёсткие диски Ultrastar 7K4000 корпоративного класса. Винчестеры выполнены в формфакторе 3,5 дюйма; для подключения к компьютеру служит интерфейс Serial ATA 3.0 (6 Гбит/с). Объём буфера равен 64 Мб; скорость вращения шпинделя — 7 200 об/мин. Заявленное среднее время наработки на отк...
  (читать дальше)

Новая модель iPhone, вероятно, выйдет осенью
Компания Apple представит новую модель коммуникатора iPhone в октябре, а не в июне, как предполагалось. По крайней мере такую информацию распространяют «осведомлённые сетевые источники». Сообщается, что смартфон получит новый корпус Unibody, 1 Гб оперативной памяти и, вероятно, модифицированный процессор A5X. Чип этого семейства, оснащённый двумя вычислительными ядрами и четырёхъядерным графичес...
  (читать дальше)

Самовосстанавливающаяся плёнка Toray защитит гаджеты от царапин
Японская компания Toray Advanced Film приступает к производству специальной самовосстанавливающейся плёнки, призванной защитить портативные электронные устройства от царапин. По заявлениям разработчиков, небольшие повреждения исчезают с плёнки при комнатной температуре за десять секунд или быстрее. Царапины глубиной больше защитного слоя не залечиваются. Светопропускание плёнки превышает 90%; ...
  (читать дальше)

Microsoft скупает интеллектуальную собственность AOL
Компания AOL объявила о заключении сделки по продаже корпорации Microsoft крупного пакета патентов. В распоряжение Microsoft перейдут более 800 патентов и патентных заявок AOL. Сумма сделки составит $1,056 млрд наличными, а завершить передачу интеллектуальной собственности AOL рассчитывает до конца 2012 года, после получения необходимых разрешений со стороны регулирующих органов. После продажи...
  (читать дальше)

Toshiba представляет платформу NPEngine для систем потокового видеовещания
Корпорация Toshiba объявила о разработке аппаратной платформы NPEngine для корпоративных пользователей, оперирующих системами потокового видеовещания. По заявлениям Toshiba, NPEngine позволяет одновременно транслировать большое количество видеопотоков, не задействуя процессоры и оперативную память серверов. Контент доставляется напрямую с накопителей в IP-сеть, что существенно снижает нагрузку н...
  (читать дальше)

Intel разрабатывает планшет StoryBook для развивающихся стран
Корпорация Intel готовит планшетный компьютер StoryBook, который будет выпущен во второй половине года. Об этом сообщает DigiTimes, ссылаясь на источники среди ПК-производителей. Отмечается, что основой StoryBook станет аппаратная платформа Medfield, включающая 32-нанометровое ядро Atom Z2460 с небольшим энергопотреблением и тактовой частотой 1,6 ГГц. По производительности графической подсистемы...
  (читать дальше)

Chrome и Internet Explorer почти сравнялись по популярности
Компания StatCounter оценила расстановку сил на мировом рынке браузеров по состоянию на начало апреля 2012 года. Доля Internet Explorer за год сократилась практически на 12%: если в апреле 2011-го обозреватель Microsoft занимал 44,5% глобального рынка, то теперь — 32,6%. На втором месте находится Chrome с 32,2%. Годом ранее браузеру компании Google отдавали предпочтение 18,3% владельцев компью...
  (читать дальше)

MSI оснастила видеокарту GeForce GTX 680 системой охлаждения Twin Frozr III
Компания MSI анонсировала графический ускоритель GeForce GTX 680 собственного дизайна на архитектуре nVidia нового поколения Kepler. Видеокарта N680GTX Twin Frozr 2GD5/OC оснащена системой охлаждения Twin Frozr III с тепловыми трубками и двумя вентиляторами с управлением скоростью вращения методом широтно-импульсной модуляции. Это решение, как утверждается, обеспечивает снижение температуры на 2...
  (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)