Programovatelná hmota

Abyste mohli opravdu pochopit budoucnost tak, jak je vám na základě nových vědeckých poznatků na následujících řád...


Abyste mohli opravdu pochopit budoucnost tak, jak je vám na základě nových
vědeckých poznatků na následujících řádcích předkládána, musíte na chvíli
odložit stranou svou přirozenou nedůvěru. Představte si, že software není jen
kódem na obrazovce; softwarem může být i hmota. Stává se tak fyzickým stejně
reálným, jako židle, na níž sedíte.
Programovatelná hmota. To je termín, který vytvořili výzkumní pracovníci a
jedním z nich je i Richard Minn, elektroinženýr NIST (National Institute of
Standards and Technology). Všechno začíná u jednoho programovatelného atomu,
ale zdaleka to jím nekončí. A přínosy? První by se mohly objevit v oblasti
informačních systémů.

Jak to funguje
Laboratoř NIST v Boulderu využívá k výzkumům takzvaný kvantový bod, známý také
pod názvem umělý atom. A to kvůli jeho schopnosti udržovat elektrony v neměnné
pozici. V daném případě se elektron nachází v okolí částice s kladným nábojem.
Jejich kombinací a vzájemnou anihilací vzniká foton, nejmenší světelný impulz.
Jedná se o řízený proces, který je možné využít k vytváření fotonů "na
vyžádání," tedy cosi jako binární vypínač. Schopnost řídit uvolňování fotonů by
mohla nalézt využití ve specifické oblasti počítačové bezpečnosti zvané
kvantová kryptografie.
Tato oblast velmi zajímá americkou vládu, protože využití fotonů, zakódovaných
v kvantových stavech, ke komunikaci mezi odesilatelem a příjemcem je absolutně
bezpečné. Pokud dojde k libovolnému narušení nebo odposlechu přenášené zprávy,
bude tato pozměněna, čímž je zajištěno odhalení takového narušení.
NIST, stejně jako výzkumní pracovníci podnikových i akademických laboratoří,
pracují s atomy a subatomickými částicemi, stavebními kostkami hmoty, a
vyvíjejí technologie pro kvantovou kryptografii i některé další.
Pojem software tu dostává novou dimenzi. Stručně řečeno softwarem samotným je
struktura hmoty: konfigurace molekul, atomů a elektronů. Pokud se změní jejich
základní vlastnosti, změní se vlastnosti softwaru. "Pokud ale chcete pracovat
na této úrovni, musíte umět tyto malé kusy hmoty přesouvat tomu se prostě nelze
vyhnout," říká James C. Ellenbogen, vedoucí vědecký pracovník Nanosystems Group
společnosti Mitre.

Za hranicí
Aby mohlo něco fungovat v nanoměřítcích, vyžaduje to maximální využití možností
současných technologií a překročení stávajících hranic. Chemici již dlouho
vědí, jakým způsobem syntetizovat chemikálie na úrovni atomů, ale samotnou
kombinací chemikálií počítač nevznikne.
"Naší strategií je vytváření určitých velmi jednoduchých chemických systémů,
jež se samy sestavují a následně se do nich zavádí komplexnost pomocí
elektřiny," říká Philip Keukes, starší architekt systémů pro kvantové výpočty
společnosti Hewlett-Packard.
Firma HP vytvořila nanozařízení programovatelné na molekulární úrovni. Abyste
pochopili, jakým způsobem funguje, představte si sendvič. Jednu vrstvu silnou
zhruba 40 nm tvoří vodiče, směřující severním a jižním směrem. Místo másla se v
tomto sendviči nachází vrstva chemicky vytvořených molekul, a nakonec je zde
vrstva vodičů směřujících na východ a na západ.
Takto vzniká elektrochemický buňka, kterou lze programovat pomocí elektrického
náboje. Tím dochází k otevírání a uzavírání přepínačů v chemickém substrátu,
procesem obdobným tomu, který probíhá v dynamické RAM. "HP doufá, že během
příštích dvou let se jí tímto způsobem podaří vytvořit 18Kb paměť," říká Keukes.
Tyto paměti bude možné využít v systémech s neuvěřitelně malou velikostí tak
malých, že je bude možné umístit do kousku papíru, využít pro dodávání látek
uvnitř lidského těla nebo umístit do běžných předmětů, jako je třeba dětská
postýlka, kde by mohly například monitorovat, zda se dítě nenachází v nebezpečí.

Chytrá hmota
Uvedené systémy se také někdy nazývají "chytrou hmotou", neboť disponují
určitými výpočetními schopnostmi a lze je naprogramovat tak, aby měnily tvar.
Například delfíni mohou plavat rychle díky tomu, že jsou schopni změnit
mikrostrukturu své pokožky podle proudění vody. Podobných technologií by podle
výzkumníků bylo možné využít při konstrukci letadel a lodí, jejichž povrch by
se přizpůsoboval změnám prostředí pomocí inteligentní hmoty, naprogramované ke
změně tvaru.
Vytváření takovýchto technologií vyžaduje výzkum v ohromném rozsahu, prováděný
mnoha institucemi. Ve výzkumném centru PARC (Palo Alto Research Center) pracují
na tom, aby chytřejší hmota byla schopna chovat se distribuovaným způsobem
podobně, jako vzájemně spolupracují buňky v lidském těle.
"Stále se pokoušíme dohonit evoluci a biologické systémy," vysvětluje výzkumný
pracovník Dave Fellow, který se specializuje na principy, které by měly donutit
zařízení vyrobená z chytré hmoty ke vzájemné komunikaci a ke společným výpočtům.

V budoucnosti
Pokud se podíváme dále do budoucnosti, dostáváme se do světa, jenž existuje ve
vizi Willa McCarthyho, který pracuje ve výzkumném ústavu letectví Galileo
Shipyards. McCarthy je také autorem knihy Hacking Matter (Basic Books, 2004).
Z McCarthyho pohledu je schopnost doslova programovat hmotu zcela novým
technologickým paradigmatem. Představte si dům budoucnosti: Namísto pevně
rozmístěných oken by je majitel domu mohl přesouvat pomocí změny různých částí
domů z neprůsvitných na průhledné.
Celý dům by obsahoval rozsáhlá pole programovatelných bodů z materiálu, který
vede elektřinu, zhruba jako dnes křemík. Pomocí programovatelných kvantových
bodů je podle McCarthyho možné vytvářet kovové vodiče uvnitř pevných předmětů,
vytvořit elektrický obvod, který provede určitou úlohu, a následně tento obvod
smazat.
Jsou zde ale také velké překážky. "I když se například vědcům daří vytvářet
určité nanosoučástky, zůstává před nimi stále složitý úkol, jak tyto součástky
přinutit k interakci se stávajícími aplikacemi a systémy na bázi křemíku," říká
Howard Davidson, který pracuje jako technik v laboratořích firmy Sun
Microsystems. Přesto, že tu dochází k určitému pokroku, podle Davidsona bude
trvat dalších 20 let, než se objeví první nanopočítače, schopné připojení k
tradičním systémům a aplikacím. Co se týče McCarthyho vize, kde lze hmotu
proměnit téměř v cokoliv, mohou být podle Davidsona technologické problémy
nepřekonatelné.

Hmota jako software
Oč jde? Molekuly, atomy a elementární částice lze přeměňovat na paměti, logické
obvody a celé počítače.
Jaké jsou přínosy? Vytvoření velmi malých, všudypřítomných a levných systémů,
které lze využívat k přenosu látek v lidském těle, nebo k vytváření
adaptabilních, inteligentních povrchů.
Jak to funguje? Elektrochemické systémy se samy sestavují a jsou programovány
pomocí aplikace elektrického náboje.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.