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.
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?
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…
Bronnen
Arxiv
Arxiv Blog