هل من الممكن برمجة كائن بلا هيكل؟

سأل باحثون من جامعة تفينتي في انشيده بهولندا (جامعة تفينتي ، انشيده): هل يمكن برمجة جسم نانومتر بلا شكل لأداء العمليات الرياضية؟
تم اختيار كتلة من الجسيمات النانوية الذهبية التي يبلغ قطرها 20 نانومتر الموضوعة على 8 أقطاب ذهبية بواسطة الرحلان الكهربائي ككائن .


يبلغ قطر الجسيمات النانوية 20 نانومتر ويتم تغليفها بـ 1-أوكتاني إيثيول غير موصل (C ₈ H ₁₇ SH) ، مما يخلق فجوة بين الجسيمات النانوية المجاورة حوالي 1.8 نانومتر. في درجات الحرارة القريبة من الصفر المطلق ، يتم تحديد النقل الكهربائي من خلال شبكة من الجسيمات النانوية بالكامل بواسطة حصار كولوم ، ويعمل كل جزيء نانوي كترانزستور أحادي الإلكترون (SET). في هذا العمل ، عمل النظام عند درجة حرارة 0.3 كلفن.
لذلك ، تم وضع هذه الكتلة من الجسيمات النانوية على شكل ثمانية أقطاب موجهة شعاعيًا ، وكانت المسافة بينها 200 نانومتر. من بين هذه الأقطاب الثمانية ، تم اختيار 2 بشكل عشوائي كمدخلات ، واحد كناتج ، والخمسة المتبقية بالإضافة إلى الركيزة ك 6 بوابات تحكم ، والتي تم تطبيق جهد ثابت عليها.
كان الهدف الأول الذي سعى الباحثون إليه هو تنفيذ العملية المنطقية I في هذا النظام ، حيث تستغرق عملية الوحشية المباشرة مع 6 بوابات وقتًا مثيرًا للإعجاب (يقدر بنحو يوم واحد). وحتى نزول التدرج في مثل هذا الفضاء 6 الأبعاد سيكون غير فعال بسبب عدم الخطية القوية للنظام ووجود عدد كبير من الحدود الدنيا المحلية.
تقرر تطبيق خوارزمية جينيةللعثور على تكوين الغالق المطلوب.


6 الفولتية الضابطة المطبقة على البوابات اعتبرت "جينوم". في البداية ، تم إنشاء 20 جينوم بشكل عشوائي. علاوة على ذلك ، لكل جينوم ، تم تطبيق الإشارات المنطقية 0-1-0-1 و 0-0-1-1 على المدخلات (P ، Q) ، وتمت مقارنة إشارة الإخراج مع الوظيفة المطلوبة (P · Q).

وهكذا ، لكل ستة ضغوط ثابتة (جينومات) تطبق على البوابات ، تم تحديد "الملاءمة". ثم تم فرز 20 جينومًا حسب لياقتهم ، تم اختيار 5 منها بأفضل المؤشرات. باستخدام هذه الجينومات الأبوية الخمسة ، تم تكوين الجيل الأول من جينات الابنة ، باستخدام الاستنساخ (بعبارة أخرى ، النسخ المباشر) ، والطفرات (تغيرات الإشارة الصغيرة بنسبة ± 1٪) والعبور. بالنسبة للجينومات العشرين التي تم الحصول عليها ، يتم تكرار نفس الخطوات: قياس إشارة الإخراج ، وحساب اللياقة البدنية ، والفرز ، واختيار الأفضل. باستخدام هذه الخوارزمية ، تمكن العلماء من برمجة "جهازهم" الذي لا شكل له لأداء وظائف منطقية لمتغيرين ، وعلى نفس العينة.


تم عرض الخصائص التالية بشكل منفصل:
أ) الاستقلال عن الحالات السابقة: الجين الموجود لـ AND gate يعمل بشكل صحيح لإشارات الإدخال العشوائي ؛
ب) استقرار درجة الحرارة: يظل الجينوم قيد التشغيل عند تسخين النظام حتى 15 كيلو ، يليه التبريد إلى درجات حرارة أقل من 5 كيلو. عند تسخينه فوق 15 كيلو ، يلزم إعادة البرمجة ؛
ج) الاستقرار بمرور الوقت: بعد 100 ساعة ، لا يفقد الجهاز المبرمج خصائصه.


في هذا العمل ، تقاربت الخوارزمية مع الوظيفة الضرورية في 200 خطوة تقريبًا ، والتي استغرقت حوالي ساعة واحدة ، نظرًا لاستخدام إشارات الإدخال البطيئة نسبيًا. ومع ذلك ، يعتقد الباحثون أنه من الممكن تسريع النظام بمقدار 100-1000 مرة عن طريق تحسينه. بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام جزيئات نانوية أصغر ، والتي سيكون تفاعل كولوم فيها أكثر أهمية ، يمكننا أن نتوقع تشغيل مثل هذا النظام في درجات حرارة أعلى بشكل ملحوظ حتى درجة حرارة الغرفة.

وبالتالي ، فإن تطبيق الخوارزمية الجينية على مقياس النانو يسمح لنا بالتعويض عن الاختلافات من جهاز إلى جهاز وعدم اليقين في الأداء ، والتي هي سواتل حتمية للتصغير.

PS بفضل Tiberius للإلهام.

المصدر: Bose، SKوآخرون. تطور شبكة الجسيمات النانوية بدون تصميم إلى منطق منطقي قابل لإعادة التشكيل. نات. تقنية النانو. 10 ، 1048-1052 (2015). دوى: 10.1038 / nnano.2015.207

Source: https://habr.com/ru/post/ar395395/