Ученые из Австралии создали прототип компьютера, который вместо процессора использует трубу с водой
Лауреаты шуточной Шнобелевской премии 2020 года разработали прототип «резервуарного» компьютера, который работает на основе емкости с водой и технологии «резервуарных вычислений».
Физик Иван Максимов и математик Андрей Потоцкий, ученые с украинскими корнями из Технологического университета Суинберна в Мельбурне, разработали аналоговый компьютер, который использует проточную воду вместо традиционного процессора логической схемы. Результаты работы над прототипом компьютера описаны в журнале EPL.
Компьютер способен выполнять вычисления и делать прогнозы быстрее и точнее, чем цифровая платформа, утверждает Иван Максимов, один из разработчиков устройства.
Резервуарный компьютер обучается на входных данных, на основе которых может строить различные прогнозы. Помпа вызывает волны на поверхности воды — они взаимодействуют друг с другом и со стенками резервуара. Система считывает узоры, создаваемые светом на дне емкости, после чего изображение обрабатывается и выдается прогноз.
Аппарат состоит из двух частей: резервуара с водой и выходного слоя. Резервуар представляет собой физическую систему, которая может принимать входные сигналы и генерировать временные последовательности. Выходной слой — это алгоритм, который обучается на основе последовательностей и выдает ответы на задачи.
Конструкция компьютера представляет собой длинную емкость с проточной водой. Внутри есть помпа, которая создает волны на поверхности воды. Аналоговая волновая платформа способна запоминать как упорядоченные, так и хаотичные входные данные. На основе введенных волнами данных, которые запомнила система, компьютер выдает прогнозы.
Однако работа такого компьютера ограниченна из-за того, что волны быстро исчезают. Как отмечает Максимов, для прогнозирования сложных процессов, таких как изменение климата и рост населения, нужен резервуар с более устойчивыми волнами. Один из вариантов — солитоны, самоусиливающиеся волны, которые сохраняют форму и распространяются на большие расстояния. Именно их ученые использовали для прототипа.
В прототипе аналогового компьютера тонкий слой воды стекает по слегка наклонной металлической пластине. Небольшой электрический насос изменяет скорость потока и создает одиночные волны. Ученые добавили в резервуар флуоресцентный материал, чтобы вода светилась в ультрафиолетовом свете и можно было точно измерить размер и рисунок волн, а также посчитать амплитуду.
В перспективе исследователи хотят разработать «водяной» микропроцессор. Аналоговые «резервуарные» компьютеры в будущем могут ускорить расчеты в климатологии, социологии, в биржевом секторе, а также в тех областях, где необходимо прогнозирование. Такой компьютер дешевле и невосприимчив к кибератакам, поскольку не использует цифровые данные.
В 2020 году Максимов и Потоцкий получили Шнобелевскую премию в области физики за исследование дождевых червей. Ученые исследовали поведение тела червей под воздействием вибрации.
