Met een tweedehands modelvliegtuigje zijn een stel hackers er in geslaagd internetknooppunten en zendmasten voor mobiele telefoons te kapen.
De WASP is in staat draadloze internetpunten, GSM telefoonverkeer en Bluetooth verbindingen te hacken.Rich Perkins en Mike Tassey bouwden het heldergele Wireless Arial Surveillance Platform (WASP) in hun garage van een tweedehands vliegend oefendoelwit van het Amerikaanse leger. De WASP gaat op jacht naar mobiele telefoons en internetknooppunten. Volgens de makers legt het vliegtuigje een voorgeprogrammeerde route af. De hardware en software in de drone is voorzien van de mogelijkheid Wi-Fi, Bluetooth en GSM-netwerken aan te vallen.
WASP pikt pakketjes data op die draadloos worden verzonden of gebruikt niet-beschermde hot spots via welke cyberaanvallen op computersystemen kunnen worden gelanceerd. De drone is ook in staat zich voor te doen als een gebruiker van een mobiele telefoon, waarna op kosten van de gebruiker kan worden gebeld of geïnternet.
Tweeedehands drones zoals gebruikt voor WASP kunnen voor ongeveer honderd tot honderdvijftig euro online worden gekocht. De overige onderdelen werden via elektronica-verzendhuizen besteld. De totale kosten van onderdelen voor de drone bedroegen iets meer dan zesduizend dollar, plus uiteraard nog de werktijd: twee jaar knutselen in de avonduren.
Naar eigen zeggen bouwden de twee technici de vijftien kilo wegende drone, om zo de computerindustrie erop attent te maken dat het vrij eenvoudig is om met algemeen verkrijgbare onderdelen dit soort apparaten te bouwen.
Goed- en kwaadaardig gebruik
WASP kan mobiele telefoons in rampgebieden opsporen, wat in potentie redders naar overlevenden leidt. Het toestel kan ook over een rampgebied vliegen om als mobiele zendmast te dienen, zodat overlevenden die vastzitten kunnen bellen. Aan de andere kant kan WASP de computernetwerken van bedrijven binnendringen via niet-beveiligde draadloze netwerken die op veel plaatsen te vinden zijn.
De omgebouwde drone kan ook topmanagers via hun mobiele telefoon identificeren en ze volgen, om zo te loeren op een kans om hun data te stelen. Bijvoorbeeld als de top executive draadloos internet in een café. WASP checkt alle aanvalspunten en slaat toe op het zwakste punt. Dat kan van alles zijn: Bluetooth hoofdtelefoon, mobieltje, Wi-Fi. Heeft WASP eenmaal een ingang gevonden, dan kan het systeem toeslaan.
Volgens de bedenkers kan de drone ook een kleine lading meenemen, denk aan drugs of dingen als vuile bommen of bio- of chemische wapens waarmee terroristische aanvallen zijn uit te voeren. Zoals overigens voor elk voldoend grote modelvliegtuig geldt.
Indiase filmmakers hebben zich al uitgebreid uitgeleefd in creatieve toepassingen, waarbij de onvermijdelijke schurk dood en verderf zaait met een modelheli of op afstand bestuurbare bomrobot. Dat is namelijk veel goedkoper qua special effects.
Begin juni van dit jaar is de symbolische barrière van 1 miljard kilo ingezameld e-afval doorbroken. Sinds in 1999 is begonnen met het terughalen van gebruikte apparatuur en sindsdien is de hoeveelheid ieder jaar gestegen. Nadat in ’99 34 miljoen kilo is opgehaald, stijgt het aantal de laatste jaren met ongeveer 25%.
Nederland is in Europa koploper wat betreft het recyclen van gebruikt elektronisch materiaal. Wecycle, mede verantwoordelijk hiervoor, moet minimaal voldoen aan de doelstellingen die voortkomen uit de Europese regelgeving WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment). Hierin staat dat er een minimum van 4 kilo per persoon per jaar ingezameld moet worden; Wecycle haalde in 2010 gemiddeld 6,4 kilo per persoon (106,3 miljoen kilo in totaal).
Naar schatting doen Nederlanders per jaar zo’n 310 miljoen kilo elektrische apparatuur de deur uit. Wecycle en andere soortgelijke organisaties hebben zich ten doel gesteld al het e-afval te recyclen, willen daarom meer onderzoek doen naar afvalstromen en hopen met concumentencampagnes meer bewustzijn te kweken bij consumenten om elektronische apparaten in te leveren.
Ook data kan voor milieuproblemen zorgen. Twee informatici vragen nu eindelijk aandacht voor dit zwaar onderschatte probleem. Komt eindelijk de virtuele vuilnisdienst langs?
Windows is zeer vervuilend besturingssysteem
Gebruikers van Windows kunnen meepraten van de eindeloze hoeveelheid rommelbestanden die de diverse Microsoft-applicaties uitbraken en nooit wissen. Het probleem is zelfs zo erg, dat systeembeheerders harde schijven om de paar maanden tot een jaar helemaal schoonvegen en vervolgens een verse mirror van de harde schijf met een exacte kopie van besturingssysteem en kantoorsoftware er op zetten.
Deze piramide geeft weer wat de beste strategieën zijn om een einde te maken aan afvaldata. 'Reduce', het voorkomen van de vorming van afvaldata, is het beste.
In 1999 onderzocht een informaticus aan Cornell University het data management van Windows NT 4.0 (de voorloper van Microsoft Server) en vond iets opmerkelijks. Ongeveer tachtig procent van alle bestanden die Windows NT aanmaakt, worden binnen vijf seconden gewist of overschreven. Collega’s Ragib Hasan and Randal Burns aan de Johns Hopkins University in Baltimore zeggen dat programmeurs hier beter over moeten nadenken. Het wissen van data kost energie (en computertijd en slijtage). Een groot deel van alle energieverbruik door de computer wordt veroorzaakt door het creëren en vrijwel onmiddellijk daarna weer verwijderen van data.
Computergeheugen slijt sneller door onnodige dataproductie
Ook voor computergeheugen is dat slecht nieuws. Flash memory kan bijvoorbeeld maximaal 100.000 maal gelezen en beschreven worden. Dit geheugen zonder noodzaak vol laten lopen met rommel en daarna weer wissen, is funest voor de levensduur van het geheugen. Er is beslist een betere manier te bedenken, aldus Hasan en Burns. Op dit moment is afvalbeheer steeds meer een zich ontwikkelende discipline. Er bestaan beproefde technieken om te voorkomen dat er fysiek afval ontstaat. Waarom kunnen vergelijkbare technieken ook niet worden gebruikt in de informatietechniek, vragen de twee onderzoekers zich af.
De vier categorieën van afvaldata
De vier categorieën van fysiek afval kunnen makkelijk worden vertaald in digitaal afval:
Onbedoelde data. Data die onbedoeld wordt gecreëerd als zij-effect o0f bijproduct van een proces, zonder functie
Gebruikte data. Goede gegevens die door de gebruiker zij gebruikt en niet meer nodig zijn
Gedegradeerde data. Data die in kwaliteit is verminderd (in de praktijk: verouderd) zodat deze data niet meer nuttig is voor de gebruiker.
Ongewenste data. Data die nooit nuttig was voor de gebruiker.
‘Reduce, reuse, recycle’, bekend uit de afvalverwerking, kunnen ook heel goed gebruikt worden voor het beter beheren van data.
Operating system straft rommelmakende programma’s
Hasan and Burns stellen voor dat operating systems programma’s die weinig rommel achterlaten ‘beloont’ met extra rekencapaciteit en de ergste overtreders afstraft, bijvoorbeeld door hun datatransport af te knijpen of minder rekencapaciteit toe te wijzen. “Dit concept is te vergelijken met ‘de vervuiler betaalt’ dat in de afvalverwerking in het dagelijks leven wordt toegepast,” aldus het tweetal. Ze stellen ook voor “digitale vuilnishopen” in te richten van een semi-vluchtig opslagmedium dat langzamerhand uiteenvalt. Een uitstekend plan, ware het niet dat halve informatie voor een computer gelijk staat aan geen informatie. Het is dan beter na een bepaalde tijdsduur de data in hun geheel te laten verwijderen. Tenzij we hier spreken over een kwantumcomputer. In het laatste geval is er al een natuurlijke ‘waste disposal’ – het uiteenvallen van de kwantumverstrengeling. maar toch. Zou dit artikel eindelijk dit grote probleem op de kaart zetten en softwareontwerpers hun leven laten beteren?
Zelf op zoek naar een programma dat paal en perk stelt aan de datavuilnishopen op je computer? Persoonlijk hebben we goede ervaring met het gratis CCleaner.
Zelfs onze computers zijn niet meer veilig voor bacteriën. Het menselijk genoom project blijkt vervuild met mycoplasma-DNA. Dit heeft verstrekkende gevolgen.
DNA-vervuiling
Al eerder in 2011 was bekend dat een vijfde deel van de niet-menselijke genoomdatabases vervuild zijn met menselijk DNA, vermoedelijk afkomstig van de onderzoekers zelf.
Mycoplasma is een nogal nare groep bacteriën. Nu blijkt deze zelfs het Human Genome Project te hebben geïnfecteerd...
Naar nu blijkt, is ook het menselijk genoom zelf vervuild geraakt. Bill Langdon van het Uiiversity College London en Matthew Arno van Kings College London zeggen dat ze DNA-sequenties van mycoplasma-bacteriën hebben aangetroffen in de DNA-map van het menselijk genoomproject. Mycoplasma’s behoren tot de kleinste bacteriën bekend. De organismen kunnen alleen bestaan in levende cellen van bijvoorbeeld mensen.
Deze vervuiling heeft verstrekkende gevolgen. Biotechbedrijven gebruiken de menselijk-genoom database om DNA chips te fabriceren die meten welke menselijke genen aanwezig en actief zijn. Langdon en Arno zeggen nu dat ze mycoplasma-DNA hebben aangetroffen in twee commercieel verkrijgbare DNA chips. Iedereen die deze chips gebruikt om de expressie van menselijke genen te meten meet onbewust ook de genexpressie van mycoplasmagenen.
In sommige opzichten is dit geen verrassing. “Het is algemeen bekend dat infecties met mycoplasma’s veel voorkomen in laboratoria die zich bexig houden met moleculaire biologie,” aldus Langdon en Arno.
Met enig geluk zal deze alarmerende ontdekking in het menselijk genoom de belangstelling wekken van onderzoekers.
Worden biologische organismen nu ook computervirussen?
Een zeer belangrijke vraag is uiteraard de aard van deze vorm van informatieoverdracht. Deze mycoplasmagenen zijn duidelijk succesvol in het zichzelf voortplanten in silico. Een mogelijkheid is dat we hier een volkomen nieuw terrein voor mogelijke infecties gaan zien: biologische organismen die in staat zijn zichzelf op de een of andere manier om te zetten in besmettelijke software. Al eerder beschreven we de mogelijkheid dat digitale virussen in de toekomst ook de gezondheid gaan bedreigen via mechanische implantaten.
Hier kunnen genen die zichzelf met succes vermommen als menselijk (of als andere organismen) zich verplaatsen van de ene database naar de andere? Als we dit als virtuele infectie zien, kunnen we onze borst in de nabije toekomst nat maken wat betreft virtuele evolutie.
Hoe zouden we dit probleem kunnen oplossen?
Het besmettingsniveau en de manier waarop het zich verspreidt, suggereert op het eerste gezicht dat onderzoekers de strijd om besmettingen te elimineren aan het verliezen zijn. “We vrezen dat de huidige instrumenten niet in staat zijn genen te onderscheppen die de ‘silicium barrière’ genomen hebben”, aldus de onderzoekers.
Het meest huiveringwekkend van allemaal is dat Langdon en Arno wel eens alleen het topje van de ijsberg kunnen hebben blootgelegd. “Nu we twee verdachte DNA sequenties hebben gevonden, is de kans groot dat het gepubliceerde “menselijke genoom” er meer bevat”, aldus de twee auteurs. Als virtuele infectie echt zo'[n groot probleem is als Arno en Langdon suggereren, zullen we databases met een soort antivirus software moeten uitrusten, een vorm van virtueel immuunsysteem. maar ook it zal een evolutionaire wapenwedloop starten, waarbij vooral genen die het beste in staat zijn de veiligheidseisen te omzeilen zullen overleven.
Aan de andere kant: pas nu is het probleem opgedoken en pas nu kan de tegenaanval worden ingezet. De makkelijkste manier om het menselijk DNA te zuiveren is uiteraard om de uitgangsvoorraad van wat nu bekend is als menselijk DNA, uit te breiden. Gelukkig neemt de rekensnelheid van computers en de snelheid waarmee DNA wordt geanalyseerd elk jaar extreem snel toe. In 2011 kost het ongeveer 50 000 dollar om het volledige DNA van één mens in kaart te brengen[2] en de kostprijs zakt nog steeds extreem snel. Als we van, zeg, tienduizend mensen met voorouders uit totaal verschillende delen van de wereld, het volledige genoom weten, kunnen we alle afwijkende, niet-menselijke genen er op die manier uitfilteren. Gelukkig is de kans vrij klein dat mycoplasma’s vrijwel alle mensen geïnfecteerd hebben (en zo ja, dan is dat pas echt een probleem). Het moet dus in principe mogelijk zijn alle DNA er uit te halen.
Zou het genoom van de mycoplasma-bacterie in zijn geheel in ons DNA zitten?
Er is nog een mogelijkheid waar deze onderzoekers niet aan gedacht hebben. Mogelijk zijn de mycoplasma’s in staat om stukken van hun DNA in het menselijk genoom te injecteren. Of hebben ze dat in het evolutionaire verleden gedaan. Vergeet niet dat mycoplasma’s obligate parasieten zijn. Zonder een levende gastheer kunnen deze mini-bacteriën niet overleven. Ook is het mycoplasma-DNA (M. genitalium scoort minder dan 600 000 baseparen[3]) veel kleiner dan dat van een mens, plm. 3 miljard baseparen. Een koud kunstje om dit genoom ergens in een chromosoom te verstoppen en pop, de bacterie lift mee. Vergeet ook niet dat mycoplasma’s ervan verdacht worden kanker te veroorzaken[5] en beschadigingen in chromosomen veroorzaken[6]. Wat hiermee overeen zou stemmen.
Dit zou niet uniek zijn. Veel virussen beheersen dit kunstje ook. Ongeveer acht procent van ons DNA bestaat uit virussen[4]. De plantenbacterie Agrobacterium tumefaciens, die net als mycoplasma’s in de cellen leeft (en daar bacteriekanker veroorzaakt) wordt vaak gebruikt om vreemde genen in het DNA van planten te injecteren.
En een miljard jaar leven als parasiet is lang. Erg lang. Lang genoeg om een uiterst doortrapte evolutionaire strategie te ontwikkelen…
Onderzoekers zijn er in geslaagd uit meerdere andere atomen een nieuw soort superatomen samen te stellen, die de chemische eigenschappen hebben van een veel groter atoom – met ongebruikelijke magnetische eigenschappen.
Wat is een superatoom?
Het superatoom bevat gemagnetiseerde magnesiumatomen – een element dat gewoonlijk geen magnetische eigenschappen heeft. De combinatie van het metaalachtige karakter van magnesium met de nieuwe magnetische eigenschappen belooft interessante toepassingen voor de volgende generatie van snellere processoren, grotere geheugenopslag en kwantumcomputers.
Het nieuw ontdekte cluster bestaat uit één ijzeratoom en acht magnesiumatomen. Het gedraagt zich als een kleine magneet dat zijn magnetische kracht ontleent aan de ijzer- en magnesiumatomen. De gecombineerde eenheid is even magnetisch als een ijzeratoom en zorgt ook voor specifieke spintoestanden van de elektronen in het cluster.
Zo zien de superatomen er ongeveer uit. Een ijzeratoom (midden) in combinatie met de magnesiumatomen vormt een opmerkelijk stabiele minimagneet.
Cluster krijgt extra stabiliteit
Het team ontdekte dat het cluster bij acht magnesiumatomen extra stabiliteit kreeg. De reden: gevulde elektronenschillen waren ver verwijderd van de niet-gevulde schillen. Een atoom is in een stabiele configuratie als de buitenste elektronenschil gevuld is en ver verwijderd van niet-gevulde elektronenschillen. Edelgassen zoals helium hebben volledig gevulde elektronenschillen. Volgens een van de onderzoekers, Shiv Khanna, gebeurt dit gewoonlijk alleen met gepaarde elektronen (die niet magnetisch zijn), maar in dit onderzoek bleek de magnetische schil toch stabiel.
Volgens Khanna had het nieuwe cluster een magnetisch moment van vier Bohr magnetons, twee keer zo groot als dat van ijzer in een massief ijzeren magneet. Een magnetisch moment is een maat voor de magnetische sterkte van het cluster. Van de meer dan honderd elementen in het periodiek systeem, zijn er maar negen elementen die in vaste vorm magnetisch gedrag vertonen.
Moleculaire elektronica en kwantumcomputers dichterbij
Reveles, een andere onderzoeker die bij het experiment betrokken was, denkt dat een combinatie zoals nu is gecreëerd, kan helpen “moleculaire elektronica” door te laten breken. Dit soort moleculaire structuren kunnen namelijk elektronen met een bepaalde spin selectief doorlaten – essentieel voor bijvoorbeeld kwantumcomputers. Van deze moleculaire onderdelen wordt ook verwacht dat ze elektronica compacter maken, meer data kunnen verwerken, naast andere voordelen, aldus Reveles.
Khanna en zijn team doen voorstudies voor het produceren van de nieuwe superatomen en hebben al enkele veelbelovende waarnemingen gedaan die in spintronica kunnen worden toegepast. Spintronica is een vorm van elektronica waarin gebruik wordt gemaakt van de spin (de ‘richting’ waarin een elektron tolt). Spintronica belooft zeer energiezuinige, snelle en compacte elektronica.
Een DNA-computer verslaat alle bestaande computers met stukken wat betreft rekensnelheid en geheugencapaciteit. Komen er zelfdenkende medicijnen? Zal DNA de opvolger betekenen van onze bestaande computers? De mogelijkheden zijn enorm, maar er zijn nog de nodige technische uitdagingen.
Einde van de Wet van Moore
Tot op heden is de rekencapaciteit van computers elke twee jaar verdubbeld. Moore’s Law, zoals deze self-fulfilling prophecy heet, blijkt al veertig jaar lang een ijzeren wet. Een verbazingwekkende prestatie. Vooral als je bedenkt wat de vooruitgang is geweest in andere technische en wetenschappelijke takken van sport. Als je de lijn doortrekt zullen transistors rond 2020 de grootte hebben van moleculen. Dit kan – er zijn moleculen die in theorie als zodanig gebruikt kunnen worden – maar hierna is de theoretische limiet wel bereikt (tenzij je op de een of andere manier met subatomaire deeltjes, ruimtetijd zelf of foton-foton interacties kan rekenen). Het is dus duidelijk dat de huidige computerarchitectuur, met een werkgeheugen en een processor, over tien jaar tegen fundamentele problemen aanloopt.
De DNA-computer is zeer klein en zuinig. Ze beloven denkende medicijnen mogelijk te maken en nog veel meer… Bron: Pixabay/TheDigitalArtist
Voordelen van een DNA-computer
DNA bestaat uit een extreem lange ketting van vier bouwstenen: de nucleotiden adenine, guanine, cytosine en thymine. Deze komen steeds in vaste paren (adenine + thymine of cytosine + guanine) gecombineerd voor. Per basenpaar zijn er hiermee vier mogelijkheden: een keuze tussen twee basenparen en per basenpaar, de onderlinge positie): twee bits dus. De hoeveelheid informatie in het menselijk DNA is enorm: drie miljard basenparen, 0,75 gigabyte, de inhoud van een volle cd-rom. Per cel en daar zijn er in het menselijk lichaam rond de vijftig tot honderd biljoen van.
Een tweede aantrekkelijke eigenschap van DNA is dat het tegelijkertijd ook een processor is. In plaats van één processor werken er ontelbare miljarden processoren tegelijkertijd. Kopiëren gaat vrij eenvoudig.De ketting wordt uit elkaar geritst. Vervolgens hechten de ontbrekende nucleotiden zich op de openvallende plaatsen. En automatisch wordt één DNA-keten, er twee. Ook kan DNA snel combineren met een ontbrekende nucleotide. De rekensnelheid van een DNA-computer is dan ook enorm en groter dan die van alle pc’s ter wereld bij elkaar.
Dat bij een extreem laag energieverbruik. Een DNA molecuul heeft alleen de brandstof ATP nodig om twee DNA-kettingen uiteen te rukken. Samenvoegen en hydrolysering gaat automatisch, omdat deze toestanden energetisch gunstiger zijn. Het resultaat is dat een DNA-computer een miljoen maal zo zuinig is als een pc.
DNA-computer temmen
DNA kan slechts enkele gespecialiseerde berekeningen uitvoeren. Niet alle. Naast kopiëren en plakken kan DNA fouten corrigeren. Zo is Leonard Adleman er in geslaagd een kleine versie van het beruchte handelsreizigerprobleem (de kortste route om meerdere steden aan te doen) op te lossen(1). De techniek komt er op neer dat voor elke mogelijke route een DNA-molecuul wordt gecreëerd dat vervolgens wordt uitgetest. Maar dan wel ontelbare malen tegelijk. Waarschijnlijk ontdekken we in de toekomst meer mogelijkheden.
Denkende medicijnen
Onderzoekers als Ehud Shapiro zijn nu bezig het aantal mogelijkheden van de techniek uit te breiden (2). Zo slaagde Shapiro er in om een DNA-computer vrij gecompliceerde logische puzzels op te laten lossen. Ook hier geldt dat met de voorbereidingstijd meegerekend, een normale computer dit veel sneller kan. Maar deze techniek kent direct al een nuttige toepassing. Stel dat door een bepaald type kankergezwel het gehalte in het bloed van stoffen 1, 2 en 3 stijgt. De DNA-computer zal dan een medicijn kunnen loslaten als (en alleen als) deze drie stoffen tegelijkertijd voorkomen. (3) Je kan op die manier ‘denkende’ medicijnen samenstellen. Die alleen op een bepaalde plaats, waar de concentratie kankerstoffen hoog is, of bij een bepaald ziektebeeld hun (doorgaans giftige) werkzame stof afgeven.
Game-ontwikkelaar David Braben heeft een computertje ontwikkeld, zo groot als een grote sleutelhanger, dat aangesloten kan worden aan een tv en USB-stick.
De Raspberry Pi is zo groot als een sleutelhanger maar kan evenveel als een computer van vijf jaar geleden.
David Braben is in de gamewereld met de ontwikkeling van games als Elite en Rollercoaster Tycoon een grootheid. Nu heeft hij zich op de hardware geworpen. Met een computertje dat je in je zak mee kan nemen lijkt dat aardig gelukt. Met 700 Mhz en 128 MB geheugen lijkt de performance van de Raspberry Pi op die van een state-of-the-art computer vijf jaar geleden.
Braben wil dat het onderwijs meer aandacht besteedt aan de werking van computers en het schrijven van programma’s, in plaats van (zoals nu) het aanleren van computerkunstjes en denkt dat zijn kleine custom-made computer, waarvan de prijs zo laag is door het ontbreken van een beeldscherm of andere randapparatuur, precies dat bereikt. Naar eigen zeggen wil hij zo de lol terugbrengen in het computeronderwijs en een nieuwe generatie computerwizards kweken.
Een visionair en bewonderenswaardig streven. Hopelijk zal hij slagen in zijn strijd tegen de oprukkende verduffing en verdomming in het onderwijs. Maar misschien had hij beter een betaalbare programmeerbare microcontroller voor robots kunnen ontwikkelen. Braben is nu in ieder geval op zoek naar makers van educatieve software die hun producten gratis ter beschikking willen stellen voor de Raspberry Pi. Over een jaar moet zijn oplossing in de winkel liggen…
Stel je voor, een vat vol belletjes met chemicaliën met een primitief bewustzijn, waar als het ware uit het niets een ingewikkeld apparaat of ontwerp uit opdoemt. Science fiction? Niet lang meer, als het aan de onorthodoxe computervisionair Andrew Adamatzky ligt.
Rekenen met vloeistofblaasjes. Zien computers er ooit zo uit?
Denkende mayonaise?
Bij bepaalde mengsels met chemicaliën, denk aan mayonaise, deelt de vloeistof zich op in “cellen” met een vloeistofmengsel (de olie in mayonaise), die gescheiden worden door een celwand (water en eiwitten in mayonaise). Er bestaan bepaalde mengsels met chemicaliën met bijzondere eigenschappen. Denk bijvoorbeeld aan de Belousov-Zhabotinsky reactie die autokatalytisch is.
Als twee “vaatjes” met chemicaliën door een lekkende celwand met elkaar kunnen communiceren, kunnen ze een paar signaalmoleculen doorgeven die de chemische omzetting in de buurcel in gang zetten. Wat dan ontstaat is een soort primitieve chemische computer. Wees overigens niet bang dat je pot mayonaise slimmer is dan jij en dat je iemand anders vermoordt dan alleen, langzaam, jezelf, als je een flinke lik ongezonde smurrie op je frites deponeert. De plantaardige olie in mayonaise (die de cellen vormt) is chemisch gezien inert, de reden dat mayonaise zo lang goed blijft.
Bij speciale mengsels chemicaliën is dat anders. Deze kunnen (afhankelijk van de complexiteit en samenstelling) informatie uitwisselen via “golven” en berekeningen uitvoeren. Tot nu toe is dit al gelukt in regelmatige structuren cellen, zoals in een honingraatstructuur. Helaas is het erg lastig deze te produceren. Vandaar dat Adamatzky en zijn collega’s zich de vraag hebben gesteld: zijn deze fenomenen nog steeds mogelijk als de cellen zich in een onregelmatig patroon zouden bevinden, zoals de zeepbellen in badschuim bijvoorbeeld?
In dit moderne kunstwerk is een Voronoi diagram gebruikt voor een opbergkast.
Voronoi diagram
Er bestaat een algoritme om een plat vlak in onregelmatige ruimtes onder te verdelen. Wat dan ontstaat is een Voronoi diagram. Voronoi-achtige structuren komen ook veel voor in de natuur, denk aan de vlekken van een giraffe of het netwerk op bepaalde boleten. Adamatzky belsoot uit te zoeken of informatieverwerking ook mogelijk was in een driedimensionaal Voronoi-diagram van automata. Voor informatieverwerking doet het alleen ter zake hoe de informateverwerkende eenheden onderling verbonden zijn: hun topologie.
Bij regelmatige structuren heeft elke cel een gelijk aantal buren. Er is in experimenten aangetoond dat ze bepaalde problemen op kunnen lossen, zoals de kortste weg door een doolhof vinden.
In een twee- of driedimensionaal Voronoidiagram varieert dat aantal uiteraard en was het niet zeker dat berekeningen hiermee mogelijk waren. In een artikel, zowel ondersteund door theoretische berekeningen als laboratoriumexperimenten, toonden Adamatzky en zijn collega’s echter aan dat ook deze onregelmatige cellen wel degelijk in staat zijn tot berekeningen, onder meer het berekenen van de Voronoivormen rond tweedimensionale voorwerpen en het berekenen van skeletten uit vormen.
Toepassingen
Ze denken dat het mogelijk is om later parallelle computers op nanoschaal te construeren. Ook kan je denken aan nieuwe fabricagetechnieken van complexe composieten en andere materialen waarbij een nanostructuur gewenst is. In sommige cellen kunnen bijvoorbeeld polymeren uitharden als ze het eindresultaat van een berekening vormen. Zouden Voronoi-achtige netwerken primitieve informatieverwerkende netwerken in eencelligen kunnen vormen? Waren de eerste levende wezens samenwerkende pockets chemicaliën met een primitieve stofwisseling? Food for thought…
Met een opmerkelijke doorbraak wordt computergeheugen nu honderd keer zo zuinig. Hiermee worden laptops zo energiezuinig dat ze in principe nooit meer opgeladen hoeven te worden. Nu nog wat slimmers bedenken voor de energieslurpende processoren en het beeldscherm vervangen door elektronisch papier.
Iedere gefrustreerde bezitter van een laptop weet het uit bittere ondervinding. Na twee tot misschien tien uur is het einde oefening voor de uitgeputte batterij van het apparaat. Deze moet snel aan het stroominfuus, wil je ongestoord verder wilt werken aan je verslag, topwebsite of magistrale roman.
Helaas zijn oplaadpunten schaars en onhandig. De voor de hand liggende oplossing van dit probleem is dus het stroomverbruik van de laptop of mobieltje verminderen. Traditioneel vereisen de processors en het beeldscherm veel stroom, maar nu deze steeds energiezuiniger worden en de computers steeds sneller, slokt het geheugen een steeds groter aandeel van het stroomverbruik op. En loopt veel kans op doorbranden.
Zuiniger, kleiner en stabieler
Met een opmerkelijke doorbraak zijn een viertal onderzoekers, Feng Xiong, Albert Liao, David Estrada en Eric Pop er nu in geslaagd het stroomverbruik van het geheugen tot één procent van het standaard verbruik terug te brengen.
Nanogeheugen bespaart tot 99% stroom. Stroomstootjes veranderen het materiaal tussen de twee nanobuisjes.
Het geheim: de geheugenopslageenheden kleiner maken. De onderzoekers deden dit door gebruik te maken van koolstofnanobuisjes, waartussen kleine blokjes phase-change materials (PCM) hangen. PCM’s zijn een soort warmtebatterijen die smelten als ze warmte opnemen en vast worden als ze die weer afstaan – nadat ze een signaal hebben gekregen. U kent ze wellicht als die handige zakjes die je door een metalen ring te knikken kan laten stollen en zo warm laat worden. Je kan ze weer laten smelten, ‘opladen’, door ze in een pan met heet water te leggen.
De weerstand van de PCM die de onderzoekers kozen, verandert door hoge spanningspieken. Deze zeer kleine elementjes verbruiken maar een procent van de hoeveelheid stroom van een standaard geheugenelement omdat ze veel kleiner zijn. Dat is nog niet eens alle goede nieuws. Ze zijn ook nog eens veel stabieler dan standaard geheugenelementen omdat ze hun informatie niet opslaan als elektrische of magnetische lading, maar door de atomen onderling van positie te veranderen. Ook ideaal voor gebruik in fabrieksomgevingen en de ruimte dus, waar kosmische straling en sterke magneetvelden schering en inslag zijn.
Laptop hoeft nooit meer opgeladen te worden
Als ook het verbruik van de processor en het beeldscherm flink omlaag kan, komt de tijd dichterbij dat laptops helemaal niet meer opgeladen hoeven te worden. In de buurt van het apparaat is er dan voldoende energie beschikbaar. Denk aan licht, temperatuursverschillen en dergelijke. Als het verbruik van een laptop onder een watt komt te liggen – minder dan een fietslampje gebruikt – kan dat ook. Je zou zelfs de energie van het typen of het heen en weer schudden van de laptop tijdens het dragen, kunnen gebruiken om de laptop mee op te laden. Ongeveer zoals kinematische horloges zichzelf voeden door het voortdurende lopen en schudden van de trotse bezitter. Volgens het enthousiaste viertal hebben ze nog lang niet de bodem van de mogelijkheden bereikt. Ze denken dat het verbruik nog eens met factor tien omlaag kan. Dit systeem is uiteraard ook uiterst interessant voor de enorme computer – en datacentra. Naar schatting zijn computersystemen nu al verantwoordelijk voor enkele procenten van het totale energiegebruik in landen met intensief computergebruik zoals Nederland en de VS en dit percentage stijgt gestaag.
