Datavetare bygger dator med svärmar av krabbor

Ett av de heta ämnena inom datavetenskap är studiet av okonventionella beräkningsformer.

Detta motiveras av två tankebanor. Den första är teoretisk – vanliga datorer är enormt energiineffektiva – ungefär åtta storleksordningar värre än vad som är teoretiskt möjligt. Det andra är praktiskt – Naturen har utvecklat många mycket effektivare beräkningsformer för specifika uppgifter som mönsterigenkänning.

Det är klart att vi borde kunna göra mycket bättre – därav intresset för olika sätt att göra saker på.

Olika grupper har försökt att använda exotiska ämnen som kemikalier som het is och till och med med en encellig organism som kallas slemmögel.

Idag tittar vi på en av de mer märkliga varianterna av detta tema – en dator som utnyttjar soldatkrabbors svärmande beteende.

Först, lite bakgrund om teorin bakom denna idé. Redan i början av 80-talet studerade ett par datavetare – Ed Fredkin och Tommaso Toffoli – hur det kunde vara möjligt att bygga en dator av biljardbollar.

Tanken är att en kanal skulle bära information kodad i form av närvaro eller frånvaro av biljardbollar. Denna information bearbetas genom grindar där biljardbollarna antingen kolliderar och dyker upp i en riktning som är resultatet av kollisionens ballistik, eller inte kolliderar och kommer ut med samma hastigheter.

Nu har Yukio-Pegio Gunji från Kobe University i Japan och ett par kompisar byggt vad som egentligen är biljardbollsdator med hjälp av soldatkrabbor. Vi visar att svärmar av soldatkrabbor kan implementera logiska grindar när de placeras i en geometriskt begränsad miljö, säger de.

Dessa varelser verkar vara unikt lämpade för denna form av informationsbehandling. De lever under sanden i tidvattenlaguner och dyker upp vid lågvatten i svärmar på hundratusentals.

Det som är intressant med krabbor är att de verkar uppvisa två distinkta former av beteende. När de är mitt i en svärm följer de helt enkelt den som är i närheten. Men när de befinner sig på kanten av en svärm förändras de.

Plötsligt blir de aggressiva ledare och flyger iväg ut på det vatteniga avståndet med sin svärm i släptåg, tills de av en turbulensolycka befinner sig inne i svärmen igen.

Detta visar sig vara ett väldigt robust beteende som enkelt kan kontrolleras. När den placeras bredvid en vägg kommer en ledare alltid att följa väggen i en riktning som kan kontrolleras genom att skugga svärmen från ovan för att efterlikna närvaron av rovfåglarna som äter krabborna.

Under dessa förhållanden kommer en svärm av krabbor att följa en vägg som en rullande biljardboll.

Så vad händer när två krabbbollar kolliderar? Enligt Gunji och cos experiment smälter bollarna samman och fortsätter i en riktning som är summan av deras hastigheter.

Dessutom är beteendet anmärkningsvärt robust mot buller, till stor del för att krabbans individers beteende genererar buller som inte går att skilja från externt buller. Dessa varelser har utvecklats för att klara av buller.

Det antydde omedelbart en potentiell tillämpning inom datoranvändning, säger Gunji och co. Om krabbbollarna beter sig som biljardbollar borde det vara enkelt att bygga ett mönster av kanaler som fungerar som en logisk grind.

Och det är precis vad Gunji och co har gjort. Dessa killar simulerade först beteendet hos en soldatkrabbdator i speciella mönster av kanaler. Sedan byggde de en i sitt labb för att testa idén med riktiga krabbor.

För att vara rättvis var resultaten blandade. Medan Gunji och co fann att de kunde bygga en anständig ELLER-grind med hjälp av soldatkrabbor, var deras AND-grind mycket mindre tillförlitlig.

Men det är tidigt och de säger att det kan vara möjligt att producera bättre resultat genom att göra förhållandena inuti datorn mer krabbavänliga. (Inga krabbor skadades vid tillverkningen av sin dator, säger Gunji och co.)

Så där har du det – en dator där informationsbärarna är svärmande bollar av soldatkrabbor.

Inte en mening du förväntar dig att läsa varje dag. Men det kan säkert inte dröja länge innan vi alla har en av dessa på våra stationära datorer.

Ref: http:// arxiv.org/abs/1204.1749 : Robust Soldat Crab Ball Gate

Dölj