Prírodou inšpirované algoritmy

Simulácia logických brán

Podkapitoly:

Experimentálne postupy
Experimentálne výsledky
Modelovanie výsledkov
Diskusia a záver

Pojmovú kostru chemicky založených výpočtov napísali Ross a spol. Navrhli modely pre experimentálnu implementáciu rôznych logických brán a jednoduchých obvodov založených na spojených reaktoroch s nelineárnymi chemickými reakciami. Hjelmfelt, Schneider a Ross (Steinbock et al., 1996) navrhli chemickú neurónovú sieť na rozoznávanie vzorov a Laplante ju implementoval v experimentálnom systéme pozostávajúcom s bistabilných jodid - arsenových reakcií. Ďalšie štúdie týkajúce sa logických brán: Schneider - používal bistabilné reakcie, Okamoto a spol - používali enzymatické reakcie na prepínanie reakcií sieti, Adleman - ukázal ako DNA sekvencia sa dá využiť na riešenie Hamiltonovského problému hľadania cesty. Prvý návrh chemicky založeného výpočtu však urobil Rossler okolo roku 1976.

Pokračovatelia Rossa a spol, vyvinuli schémy pre logické brány založené na šírení chemickej vlny cez úzke kanály. Excitovaná BZ reakčná zmes bola napojená na kapilárne trubice, cez ktoré prechádzali vlny s jednej úrovne do druhej. Ak priemer kapilárnej trubice bol väčší ako kritická hodnota, potom vlna prešla cez ňu a na ďalšej úrovni iniciovala vlnu. Pomocou dvoch alebo viacerých kapilárnych trubíc môžeme vytvoriť logickú bránu, ktorá je vlastne spojením niekoľkých úrovni. Geometrické usporiadanie, dočasná priestorová synchronizácia vĺn a pomer rádiusu kapiláry s kritickým rádiusom excitovaného média určujú charakteristiku brány.

Chemické vlny sa šíria konštantnou rýchlosťou a efekt zakrivenosti môžeme zanedbať, súhlase s Huygensovým princípom. Základné vlastnosti chemických vĺn využívame pri geometrických excitovaných médiách na vývoj brán, ktoré zabezpečujú operácie medzi vstupným stimulom a výstupnými odpovediami.

Obvody chemických vĺn sú generované pomocou batho-ferroinu, katalyzátor pre BZ reakciu, na polysufánových membránach. Ďalší pokračovatelia Noszticzius a spol vložili vzorkovanú membránu do agarose gélu, ktorý obsahoval aj voľný katalyzátor BZ reakčnej zmesy. Nastavenia gélovej membrány zabezpečujú kvázi - otvorenie, reakčno - difúzny systém je oslobodený od konvenčných porušení a spontánnych porušení. Vlny môžu byť opakovane iniciované na chcených miestach dotykom strieborného drôtu s membránovým povrchom plným katalyzátorov. Geometria čiastkových brán určuje povahu jeho operácie, ktorá môže byť modifikovaná počas experimentu pomocou vhodného externého zásahu.