Учёные создали новую форму вычислений, использующую свет

Аспиранты Университета МакМастер под руководством доцента химии и химической биологии Калайчелви Сараванамутту (Kalaichelvi Saravanamuttu) описали новый вычислительный метод в статье, опубликованной в научном журнале Nature. Для вычислений ученые использовали мягкий полимерный материал, который превращается из жидкости в гель в ответ на свет. Учёные называют этот полимер «автономным материалом следующего поколения, который реагирует на стимулы и выполняет интеллектуальные операции».

Фариха Махмуд (Fariha Mahmood), соавтор исследования, показывает, как работает новая технология. (Фото: Университет МакМастер)

Вычисления при помощи данного материала не требуют источника питания и полностью работают в видимом спектре. Эта технология относится к разделу химии, называемому нелинейной динамикой, который изучает материалы, разработанные и изготовленные для создания специфических реакций на свет. Для проведения вычислений исследователи пропускают многослойные полосы света через верхнюю и боковые стороны крошечного стеклянного футляра, в котором находится полимер янтарного цвета, размером примерно с игральную кость. Полимер вначале имеет форму жидкости, но под воздействием света превращается в гель. Нейтральный луч проходит через куб сзади к камере, которая считывает результат изменения материала в кубе, компоненты которого самопроизвольно формируются в тысячи нитей, которые реагируют на структуры света, создавая трёхмерную конструкцию, которая выражает результат вычислений. При этом материал в кубе реагирует на свет интуитивно почти так же, как растение поворачивается к солнцу, или каракатица меняет цвет своей кожи.

Компьютерная визуализация вычислительных нитей образованных внутри мягкого полимера (Изображение: Университет МакМастерс)

«Мы очень рады, что можем делать сложения и вычитания таким образом, и мы думаем о способах выполнения других вычислительных функций» — говорит Сараванамутту.

«У нас нет цели конкурировать с существующими компьютерными технологиями», — говорит соавтор исследования Фариха Махмуд, студентка магистратуры по химии. «Мы пытаемся создавать материалы с более интеллектуальными и изощрёнными ответными реакциями».

По словам ученых, новый материал открывают путь к удивительным приложениям, от автономного зондирования с низким энергопотреблением, включая тактильную и визуальную информацию, до систем искусственного интеллекта.

«При стимулировании электромагнитными, электрическими, химическими или механическими сигналами эти гибкие полимерные архитектуры переходят между состояниями, демонстрируя дискретные изменения физических или химических свойств, которые можно использовать в виде биосенсоров, для контролируемой доставки лекарств, настройки разрыва фотонных полос, деформации поверхностей и много другого», — рассказывают ученые.

Источник