Evoluční čip vytvořený z nanočástic zlata. Kredit: University of Twente.

Bouřlivý rozvoj elektroniky nepochybně představuje jeden z největších úspěchů dvacátého století. Výkon počítačů rostl až do říše fantazie a vývojáři toho dosahovali neustálým zmenšováním klíčových komponent elektroniky na křemíkových čipech. Jenže pouhé zmenšování a zmenšování nejde dělat úplně do nekonečna. Soudobé tranzistory jsou v podstatě už jenom z hrstky atomů a výroba čipů s miliony a miliony takových tranzistorů představuje doopravdovou výzvu. Zároveň s tím v elektronice děsivě vzrůstá spotřeba energie.

Vývoj počítačových technologií je zralý na hledání životaschopných alternativ. Jako jedna z takových alternativ se rýsuje inspirace přírodními procesy. Úplně slepá a bezcílná evoluce mimoděk vytvořila úžasné výpočetní systémy z organických materiálů, které jsou relativně odolné, energeticky úsporné a obdivuhodně řeší spoustu úkolů zároveň. Je to tristní. Nejlepší běžně dostupné mikroprocesory zvládnou 10 na jedenáctou operací za sekundu a potřebují k tomu pár stovek wattů energie. Lidský mozek zvládne o řád výpočtů víc a přitom spotřebuje pouhých 10 až 20 wattů. 

Wilfred van der Wiel. Kredit: University of Twente.

Vývojáři už vícekrát zjistili, jak mohutná a tvořivá je síla prostinkého mechanismu přírodního výběru a ukázalo se to i teď. Darwinovský přírodní výběr využili Wilfred van der Wiel z institutu MESA+ Institute for Nanotechnology nizozemské Univerzity ve Twente a jeho kolegové. Jen si namísto organických komponent hráli s nanočásticemi zlata, což dodává jejich pozoruhodnému výzkumu, publikovanému nedávno v časopisu Nature Nanotechnology, blyštivý nádech alchymie. Van der Wiel a spol. vytvořili z nanočástic zlata o průměru 20 nanometrů shluky, z nichž poté umělou evolucí poháněnou mechanismem přírodního výběru, čili genetickými algoritmy, prostřednictvím manipulace elektrickým proudem, vytvořili fungující elektronické obvody. Nanočástice zlata během toho zmrazili na 0,3 stupně Celsia nad absolutní nulou, podle van der Wiela to ale bylo z praktických důvodů a lze očekávat, že to bude fungovat i za pokojové teploty.

Umělá evoluce je sympaticky šílený postup, při němž se objevují podivné, nesouměrné, podezřelé, ba i dokonce lidskému vkusu odporující zařízení, které ale nakonec překvapivě dobře plní původní zadání. Pro připomenutí – je to vážně jednoduché: 1. podle vybraného vzoru se vytvoří početné kopie (obdoba biologického rozmnožování), které se ale navzájem trošku liší (obdoba diverzity). 2. Mezi těmito kopiemi se vybere taková, která nejlépe odpovídá zadání (obdoba samotného výběru) a 3. cyklus se uzavírá vytvořením nové várky kopií (obdoba vystřídaní generací v přírodě).

MESA+ Institute for Nanotechnology.

Van der Wielův tým tímto způsobem vytvořil ze shluku nanočástic elektronickou součástku, která se sice velikostí podobá klasickým elektronickým protějškům, ale její vnitřnosti mnohem víc připomínají nervovou soustavu nějakého živočicha, než elektronický obvod. Oproti biologické evoluci to stihli doopravdy rychle. Namísto dlouhých milionů let jim stačila necelá hodinka. Stejně jako v případě mozku nám není úplně jasné, jak přesně evoluční elektronika z nanočástic zlata funguje, ale výsledek je takový, jaký má být.

Je to vůbec poprvé, kdy někdo vytvořil fungující elektroniku umělou evolucí o zhruba stejné velikosti, jakou mají běžné komerční produkty. Možná stojíme na prahu revoluce evoluční elektroniky. Takové čipy by mohly dobře zvládat komplexní úlohy a mohly by se uplatnit třeba v nositelné či biomedicínské elektronice, nebo i v řadě jiných odvětví.


Video:   MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente



Literatura
University of Twente 21. 9. 2015, NewScientist 21. 9. 2015, Nature Nanotechnology online 21. 9. 2015.