Un equipo químico , también llamado un ordenador reacción-difusión , Belousov-Zhabotinsky ( BZ ) de ordenador , o equipo gooware , es un ordenador convencional basado en una sustancia química semi-sólido "sopa" donde los datos están representados por diferentes concentraciones de productos químicos. [1] Los cálculos se realizan mediante reacciones químicas naturales .
Fondo
Originalmente, las reacciones químicas se consideraban un simple paso hacia un equilibrio estable que no era muy prometedor para la computación. Esto fue cambiado por un descubrimiento realizado por Boris Belousov , un científico soviético , en la década de 1950. Creó una reacción química entre diferentes sales y ácidos que oscilan entre amarillo y transparente porque la concentración de los diferentes componentes cambia hacia arriba y hacia abajo de forma cíclica. En ese momento, esto se consideró imposible porque parecía ir en contra de la segunda ley de la termodinámica , que dice que en un sistema cerrado la entropía solo aumentará con el tiempo, lo que hará que los componentes de la mezcla se distribuyan hasta que se obtenga el equilibrio y se produzca cualquier cambio. cambios en la concentración imposible. Pero los análisis teóricos modernos muestran que reacciones suficientemente complicadas pueden comprender fenómenos ondulatorios sin romper las leyes de la naturaleza. [1] [2] ( Anatol Zhabotinsky logró una demostración convincente directamente visible con la reacción de Belousov-Zhabotinsky que muestra ondas de colores en espiral).
Las propiedades de onda de la reacción BZ significan que puede mover información de la misma manera que todas las demás ondas. Esto todavía deja la necesidad de computación, realizada por microchips convencionales que utilizan el código binario transmitiendo y cambiando unos y ceros a través de un complicado sistema de puertas lógicas . Para realizar cualquier cálculo concebible es suficiente tener puertas NAND . (Una puerta NAND tiene dos bits de entrada. Su salida es 0 si ambos bits son 1, de lo contrario, es 1). En la versión de computadora química, las puertas lógicas se implementan mediante ondas de concentración que se bloquean o amplifican entre sí de diferentes maneras.
La investigación actual
En 1989 se demostró cómo las reacciones químicas sensibles a la luz podían realizar el procesamiento de imágenes . [3] Esto condujo a un auge en el campo de la computación química. Andrew Adamatzky de la Universidad del Oeste de Inglaterra ha demostrado puertas lógicas simples utilizando procesos de reacción-difusión . [4] Además, ha demostrado teóricamente cómo un " medio 2 + " hipotético modelado como un autómata celular puede realizar cálculos. [5] Adamatzky se inspiró en un artículo teórico sobre cálculo utilizando bolas en una mesa de billar para transferir este principio a los productos químicos BZ y reemplazar las bolas de billar con ondas: si dos ondas se encuentran en la solución, crean una tercera onda que está registrado como 1. Ha probado la teoría en la práctica y está trabajando para producir miles de versiones químicas de puertas lógicas para crear una calculadora química de bolsillo. [ cita requerida ] Uno de los problemas con la versión actual de esta tecnología es la velocidad de las olas; sólo se esparcen a una velocidad de unos pocos milímetros por minuto. Según Adamatzky, este problema se puede eliminar colocando las puertas muy cerca una de la otra, para asegurarse de que las señales se transfieran rápidamente. Otra posibilidad podría ser la aparición de nuevas reacciones químicas en las que las ondas se propaguen mucho más rápido.
En 2014, un equipo internacional encabezado por los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa) desarrolló un sistema de computación química . La computadora química utilizó cálculos de tensión superficial derivados del efecto Marangoni utilizando un gel ácido para encontrar la ruta más eficiente entre los puntos A y B, superando a un sistema de navegación por satélite convencional que intenta calcular la misma ruta. [6] [7]
En 2015, los estudiantes graduados de la Universidad de Stanford crearon una computadora utilizando campos magnéticos y gotas de agua con nanopartículas magnéticas , lo que ilustra algunos de los principios básicos detrás de una computadora química. [8] [9]
En 2015, los estudiantes de la Universidad de Washington crearon un lenguaje de programación para reacciones químicas (desarrollado originalmente para el análisis de ADN ). [10] [11]
En 2017, investigadores de la Universidad de Harvard patentaron una máquina química de Turing que funcionaba utilizando la dinámica no lineal de la reacción de Belousov-Zhabotinsky . [12] El sistema que desarrollaron es capaz de reconocer un lenguaje Chomsky tipo 1 utilizando consideraciones de energía libre de Gibbs . Este trabajo se publicó posteriormente en 2019, incluidos los sistemas para los lenguajes Chomsky tipo 2 y tipo 3. [13]
En 2020, investigadores de la Universidad de Glasgow crearon una computadora química utilizando piezas impresas en 3D y agitadores magnéticos para controlar las oscilaciones del medio BZ. Al hacerlo, pudieron calcular puertas lógicas binarias y realizar el reconocimiento de patrones. [14]
Ver también
- Puerta lógica molecular
- Ordenador
- Computación cuántica
- Computación de ADN
- Biocomputación
- Computación orgánica
- Fluidos
- Integrador de agua
- Historia del hardware informático
- TOP500
- Bioquímica
- Dinámica de fluidos
Referencias
- ^ a b "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 15 de junio de 2015 . Consultado el 14 de junio de 2015 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "La ley de Moore está a punto de volverse rara" . Nautilus .
- ^ L. Kuhnert; KI Agladze; VI Krinsky (1989). "Procesamiento de imágenes mediante ondas químicas sensibles a la luz". Naturaleza . 337 (6204): 244–247. doi : 10.1038 / 337244a0 .
- ^ Adamatzky, Andrew; De Lacy Costello, Benjamin (2002). "Puertas lógicas experimentales en un medio de reacción-difusión: La puerta XOR y más allá". Revisión E física . 66 (4): 046112. doi : 10.1103 / PhysRevE.66.046112 . PMID 12443264 .
- ^ Andrew I. Adamatzky (1997). "Capacidades de procesamiento de información de los sistemas de difusión de reacción química. 1. Medios Belousov-Zhabotinsky en matrices de hidrogel y sobre soportes sólidos". Materiales avanzados para óptica y electrónica . 7 (5): 263–272. doi : 10.1002 / (SICI) 1099-0712 (199709) 7: 5 <263 :: AID-AMO317> 3.0.CO; 2-Y .
- ^ "El GPS químico supera al sistema de navegación por satélite> ENGINEERING.com" . engineering.com .
- ^ "Empa inventa la computadora química más rápido que un navegador vía satélite" . gizmag.com .
- ^ "Stanford ha creado una computadora de gotas de agua - ExtremeTech" . ExtremeTech .
- ^ "Este reloj informático utiliza gotas de agua, manipulando información y materia al mismo tiempo" . Ciencia ZME .
- ^ Taylor Soper. "Computadora química: los investigadores desarrollan un lenguaje de programación para controlar las moléculas de ADN" . GeekWire .
- ^ "Los ingenieros de UW inventan el lenguaje de programación para construir ADN sintético" . washington.edu .
- ^ Nosotros 9 582 771
- ^ Dueñas-Díez M, Pérez-Mercader J (2019). "Cómo computa la química: reconocimiento de lenguaje por autómatas químicos no bioquímicos. De autómatas finitos a máquinas de Turing" . iScience . 19 : 514-526. doi : 10.1016 / j.isci.2019.08.007 . PMC 6710637 . PMID 31442667 .
- ^ "Una computadora química programable con memoria y reconocimiento de patrones" . Comunicaciones de la naturaleza .
- "Presentamos la computadora glooper": artículo de New Scientist de Duncan Graham-Rowe (acceso restringido)
- [1]