化學計算機

化學計算機是模擬人類大腦功能和複雜性類似的計算機 想像一下，未來的計算機會成為什麼樣子？假如有人說，讓像果凍一樣的物質去思考，去表達同情心，你覺得可能嗎？對於早已習慣和熟悉了稜角分明的顯示屏、主機和滑鼠的現代一族而言，把計算機想像成為一團軟軟的、滑滑的、沒有固定形狀的果凍，確實有點異想天開。然而，英國布里斯多大學計算機專家安德魯正在做著這樣的夢，他的夢想是，用離子替代電子，用果凍一樣的物質替代矽晶片和電路板。

基本介紹

• 中文名：化學計算機
• 套用領域：智慧型藥物

構想

大多數人累了的時候，一般是喝杯咖啡，或者是到戶外去散步，呼吸一下新鮮空氣。安德魯卻與眾不同，當他覺得腦子有些不大靈光，需要點額外刺激時，就讓他的機器人用金屬手指劃拉一下一個盛滿化學液體的盤子。這一盤子的化學液體，就是安德魯所設計的液體計算機的”大腦”原型。離子波的形成和擴散，就是化學計算機的“思考”過程。當運行速度變慢時。“大腦”就會對機械手發出指令，將金屬手指浸到盤子中去，搖晃一下那些神奇的化學液體。

安德魯的構想

安德魯現在所設計的化學計算機，還只是簡單地模仿人類的手臂和大腦之間的反饋過程，他的志向是，要設計化學處理器，把計算機硬體裝到瓶子裡去。經過10多年的研究，安德魯現在已開發出液體邏輯門，並認為他所設計的陣列具有無限的自我重組和修復能力。IBM也認為，利用這種陣列技術，有可能設計出功能強大的新型計算機晶片。此外，安德魯還有另外一個雄心勃勃的目標，即進一步加強“鼓波”的能力，使之無愧於液體腦的稱號。為了證明液體腦的概念潛力無限，前途光明。安德魯特別設計了液體腦的載體———果凍機器人。它有人造的眼睛，合成的荷爾蒙。也許有一天，果凍機器人可以感受到周圍的環境，甚至有可能感受到人類的情感。化學計算機有個十分複雜而又特別迷人之處，稱之為貝洛索夫-恰鮑廷斯基反應(BZ反應)，它是由3個不同的反應組成的化學振盪反應。每個反應都有不同的分子和離子，當加入特定的化學成分後，首先觸發第一個反應，所產生的生成物可以觸發第二個反應，隨後第二個反應的生成物又可以觸發第三個反應，第三反應的生成物再觸發第一個反應，由此循環往復。更為迷人的是，各個不同的反應會產生不同的顏色，因此可以形成紅藍交替的波。BZ反應之所以重要，在於利用它可以解決一些數學難題，尤其是一些現在的計算機難以解決的問題。比如，迷宮最短路徑問題。用傳統的計算機解這一問題必須要窮盡所有的路徑，然後再進行比較，這需要耗費大量的時間。而利用BZ反應則不同。由於波在傳播和擴散時，總是走最短的路徑。只要利用照相機，記錄下波的運動軌跡，就可以解決這一難題。

安德魯的發現

上個世紀90年代中安德魯意識到，BZ反應有更重要的套用，那就是可以用於化學處理器。為此，他組織起一個專門的班子，並開發了兩個化學處理器的概念模型。一個模型可以模仿人類的手臂與大腦的反饋活動。另一個由兩個BZ反應組成，可以在一個布滿家具的房間內自動移動到目的地。雖然這兩個概念模型表現還不錯，安德魯卻意識到，如果要讓化學處理器處理更為複雜的運算過程，必須要有邏輯門。美國波士頓大學的一項理論研究引起了安德魯的注意。該研究認為，可以模仿斯諾克撞球，製造一種形式簡單的處理器。也就是說，每個球可以代表1或0，球的碰撞過程就是計算過程，球如何相撞，相撞後彈出的方向，可以精確地表現為邏輯過程。換句話說，碰撞結果可以成為邏輯門的等價物。這樣，安德魯的任務就變成如何讓BZ波進行碰撞。去年，安德魯的研究取得重大突破。他把BZ混合物放到鹵化銀薄膠層上，由於鹵化物可以起到化學阻滯劑的作用，膠層可以延緩波的傳播速度。這樣，BZ反應就不會形成完整的圓形波，只是形成了小段的圓弧，並且沿直線進行傳播，安德魯將之稱為BZ彈。BZ彈更多地表現出準粒子的特性，而不是波的特性，其表現與撞球相似。實驗中，安德魯發現，兩個BZ彈在特定的角度相撞時，只在特定的方向產生唯一的輸出。如果僅有一個輸入，則在該方向沒有輸出。這樣安德魯就研究出了邏輯與。此後，他又相繼研究出邏輯或、邏輯非以及邏輯互斥，這就為安德魯的化學處理器奠定了堅實的基礎。安德魯的化學處理器雖然還處於初級階段，但他已把目光轉向了並行化學處理器。對於化學處理器能否成功，人們還處於未知階段，但科學家相信，如果人類能夠具備控制納米級水平製造波的能力，化學處理器就很可能實現。正如一些專家所言，不管安德魯的志向能否實現，他的研究工作無論對揭示人類大腦的奧秘，還是製造更好的處理器，均具有十分重要的意義。畢竟，化學處理器是生物組織器官和電子設備之間的一座橋樑。

研發

模擬神經元，研究小組採取的舉措是模擬大腦中神經元的一些活動。這項耗資180萬歐元(160萬英鎊)的項目將持續3年時間，歐洲一項正浮出水面的科技計畫為其提供資金支持。這項計畫將靈感來自於生物學的計算擺到尤為重要的位置，當前這一項目的特別之處在於，將利用穩定的自發形成覆蓋層的“細胞”——與人類的細胞壁類似——採用化學手段完成信號處理，整個過程與人類自身的神經元活動類似。

研究小組的舉措立基於兩個至關重要的想法。首先，單個細胞被自發封裝入細胞液體“內臟”的脂質形成的壁包裹。最近進行的研究顯示，當細胞相遇接觸導致這樣的兩個脂質層相遇時，一種蛋白質能夠在二者之間形成一條通道，允許化學信號分子穿過。其次，細胞內部將發生B-Z(Belousov-Zhabotinsky)化學反應。簡單地說，這種反應可以通過改變溴元素含量進行激活，溴元素含量的改變可通過設定確定的閾限量加以實現。出於大量原因，這種反應表現出與眾不同的一面。

對於計算套用，重要的是化學信號抵達後啟動計算過程。在進一步的化學信號無法影響反應時，細胞進入一個不起反應期，阻止信號未經檢驗便穿過任何相互連線的細胞。類似這樣的獨立系統在受到閾值以上水平的刺激時能夠利用自身化學能量進行反應，表現出與神經元類似的特性。

套用領域

控制分子機器人、細粒度的化學組裝過程控制以及能夠處理人體化學信號並根據細胞生物化學狀態發揮作用的智慧型藥物。