模拟人脑思考的分子计算机
2008-03-19
|
| 模拟人脑思考,分子计算机 |
模拟人脑思考的分子计算机
文/祁红屯绿
日本筑波大学材料科学研究所近日开发成功一种纳米级计算机，这种计算机采用化学分子结构为模型，不仅能同时在四个方向上接收和传送指令，还能进行分支状连结，模拟人脑进行智能思考。
近日， 日本筑波大学材料学院研究所用一种叫做“四甲基对苯醌”（duroquinone）的化学材料研发出一台微型纳米计算机，这台计算机由17 个四甲基对苯醌分子构成：1 个分子居中，其他16 个呈轮辐状环绕在中心分子周围。据该项目领衔科学家、印度籍的人工智能专家安尼尔班·班德尤帕德亚伊博士(Dr. Anirban Bandyopadhyay)介绍，微型电脑的这种构成，正是模仿人脑思维原理开发设计而成的。在目前的实验室阶段，这个直径不足两纳米的微型分子计算机，运算速度已经达到了普通晶体管计算机的16 倍，班德尤帕德亚伊博士估计说，当它的运算能力趋于成熟，运算速度将最终达到普通电脑的1000倍。
“这将是一个宏大的‘大脑构建’项目的一部分，也是通向最终成功的第一步。它不仅会成为未来超级计算机的基础，还将成为重要的控制元件，控制纳米机器人或其他更加精密的器件。”
能处理16 条指令的枝状结构
单个的四甲基对苯醌不足1 纳米，比可见光的波长小好几百倍，用它来做分子计算机的材料是因为它结构上的优势。“在显微镜下看，四甲基对苯醌就像一辆小轿车，” 班德尤帕德亚伊博士介绍说， “它是六角形圆盘结构，连缀了4 个圆锥细胞，这种结构使它本身具有4 个向外的方向。当17 个这样的分子连缀成一个轮形分枝结构的计算机时，它和外界沟通并且处理沟通所获信息的方式会变得惊人的复杂，就像人脑一样。”
在实验室里，这种分子计算机依靠扫描隧道显微镜（STM）进行工作。STM 是一种电子测量仪器，通过它自身所附带的锐利的金属传导针进行工作。当传导针划过被测物体表面时，传导针尖段的电子和被测物体表面的电子层产生沟通，电子显微镜将显示这些沟通，将之表现为不同的电子脉冲，电脑再根据这些电子脉冲分析出被测物体表面的原子结构。
“但是跟普通计算机相比，分子计算机对这种‘沟通’的处理要复杂多了，当它接收到一个电脉冲的信号，它会通过4 个圆锥细胞向外围16 个四甲基对苯醌分子传递16 种不同的指令，这些指令经过了4 的16 次方的运算，最后产出接近43 亿种结果。”而普通的晶体管计算机只能输出一条指令，每条指令产生0 和1 两种设置。这意味着一个电脉冲信号只能产生两种结果。
“因此（分子计算机）这种细微复杂的计算几乎可以看作是一种思考——人脑也是通过枝状连接的神经元和脑细胞的活动产生判断。” 班德尤帕德亚伊博士说。
模拟人脑思维的控制系统
班德尤帕德亚伊博士的下一个目标是要建立起分子计算机的集成体，这种集成体具有一种中心控制能力，博士表示，他希望利用这种集成体制造出一种可以模拟人脑控制系统，这就是他正在进行中的“大脑构建”项目。
“分子计算机独一无二的轮状模型使它具有作出一定智能判断的能力。也就是说，居于中心的分子在接受到来自不同方向的指令时，能发出一个影响它周围环形分子圈判断的指令。而对于传统晶体管计算机而言，一台主机所能做的仍是把复杂信息划分成多项任务，依靠并联但是独立的处理器进行单向度的处理。” 班德尤帕德亚伊博士说，“分子计算机因而具有一种控制功能，它懂得‘管理’，这是它最接近人工智能的地方。”
“接下来我希望把分子计算机16 个分子环绕的轮状结构改进成1024 个分子环绕的球状结构，这样一来，计算机的运算速度又会提高一个级数，更重要的是，分子计算机的信息处理能力将会由二维进化到三维，建立起一种立体的数据分析模式，而不再是线性的了。”
班德尤帕德亚伊博士的这项成果在3 月10 日出版的美国《国家科学研究院学报》上发表了出来，在论文中，博士设想，升级后的分子计算机可以充当纳米机器人的大脑，控制它们在微观环境下为人类工作；分子计算机还可以和多种纳米装置结合在一起，“这些装置在一起工作时，就像一个自动的小型工厂。
2008-03-20 总第 276 期 |
|
|
本栏目主要介绍科学技术发展方面，包括模拟人脑思考,分子计算机等。特别关注有关人与文化的价值方面的研究,模拟人脑思考的分子计算机。
『科学频道首页』 『科学技术』 『关闭窗口』
|