Группа исследователей из университета Осаки, Токийского университета и университета Хоккайдо разработала относительно простую систему, которая при помощи ионов, токов Фарадея и электрохимических реакций может производить достаточно сложные вычисления. Данное достижение открывает путь к созданию своего рода электрохимических ионных сопроцессоров, которые смогут быстро и эффективно выполнять на их уровне определенные виды сложнейших вычислений, обгоняя, при этом, традиционные процессоры.
Вычисления при помощи электрохимического реактора являются относительно новой тенденцией в вычислительных технологиях. Вместо использования полупроводниковых чипов, процессоров и памяти, здесь используются химические реакции, проводимые внутри нелинейной динамической системы. А ввод исходной информации и вывод результатов вычислений осуществляется за счет токов, возникающих в результате ионной проводимости электрохимического раствора.
«Электрохимический процессор», созданный японскими исследователями, состоит из 90 пар плоских электродов, погруженных в специальный раствор. В качестве результатов вычислений, алгоритм которых задается составом раствора, используется соотношение входного к выходному электрическому сигналу. Выходной же сигнал образуется благодаря ионным токам и токам, возникающим в результате электрохимических реакций, которые курсируют в растворе в разных направлениях.
Вся матрица электродов подключена к многоканальному устройству, которое с большой скоростью производит измерения электрических потенциалов между парами электродов. Эти измерения выполняются параллельно, и они позволяют составить своего рода общую моментальную картину распределения ионов и электрических токов внутри раствора.
В своих экспериментах ученые использовали раствор полиоксометалата (polyoxometalate), молекулы которого представляют собой многоатомные ионы, и обычную максимально очищенную от различных ионов воду. Работа системы электрохимических вычислений в обоих случаях оказалась схожа по многим параметрам, однако, ученые нашли и некоторые кардинальные различия.
«Раствор полиоксометалата продемонстрировал большее разнообразие выходных токов, что делает его идеальным вариантом для обработки различных гармонических и периодических сигналов» — пишут исследователи, — «Но чистая вода, как бы это странно ни звучало, оказалась лучше при решении систем нелинейных уравнений второго порядка. Все это вместе демонстрирует потенциал электрохимических вычислений для решения более сложных задач, таких, как распознавание рукописного текста, разделение текста на отдельные слова и т.п.»
Из всего написанного выше можно сделать вывод, что электрохимические реакции, эффекты протонной и ионной проводимости смогут в будущем стать основой специализированных вычислительных систем, обладающих высокой эффективностью, большой вычислительной мощностью на определенном круге задач, и низкой стоимостью. А простота реализации такой технологии позволит работать над ней большому кругу исследовательских групп и научных организаций.
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 