Dva Australca ukrajinskog podrijetla napravili su malo računalo s dokazom koncepta koje koristi tekuću vodu umjesto tradicionalnog procesora logičkog sklopa i predviđa buduće događaje putem pristupa koji se naziva "rezervoarsko računanje" (reservoir computing). Njihovo analogno računalo pokazalo se dobrim u pamćenju ulaznih podataka i predviđanju budućih događaja, a u nekim slučajevima čak je bilo bolje od digitalnog računala visokih performansi, pokazalo je istraživanje pohranjeno na arXivu.

Kaotični vremenski niz

Ivan Maksimov izvanredni je profesor na AI and Cyber ​​Futures Institutu, gdje provodi teorijska i eksperimentalna istraživanja o fizičkim temeljima umjetne inteligencije s nizom radova u području elektronskih uređaja, fizike plazme, optike i nanofotonike, nanomagnetizma, akustike, mehanike fluida, biofizike i sučelja mozak-računalo. U izradi računala pomagao mu je Andrej Pototski, matematičar Tehnološkog sveučilišta Swinburne. Njihov prethodni eksperiment na omamljenim glistama koje vibriraju na subwooferu donio im je IgNobela 2020.

Iako su rezervoarska računala prvi put predložena korištenjem neuronskih mreža, računalnih programa labavo temeljenih na strukturi neurona u mozgu, ona se također mogu izgraditi s jednostavnim fizičkim sustavima, objašnjavaju istraživači. Riječ je o analognim računalima koja podatke predstavljaju kontinuirano. To im omogućava da određene prirodne događaje, koji se događaju u "kaotičnom vremenskom nizu", (chaotic time series) modeliraju bolje od digitalnih računala.

Principi rada

"Zamislite da imate evidenciju dnevnih padalina za prošlu godinu i kantu punu vode u blizini. Kanta će biti naš računski rezervoar", objašnjavaju Maksimov i Pototski funkcioniranje računala u časopisu The Conversation. Dnevna količina padalina unosi se u kantu pomoću kamena. Ako je bilo malo kiše, baca se mali kamen, ako je padalo puno, veliki; a ako nije padala ne baca se ništa. 

"Svaki kamen stvara valove koji zapljuskuju kantu i stupaju u interakciju s valovima koje stvara drugo kamenje. Na kraju ovog procesa, stanje vode u kanti daje nam predviđanje", pišu istraživači. "Ako interakcije između valova stvaraju velike nove valove, možemo reći da naše računalo predviđa obilne kiše. Ali ako su mali, onda treba očekivati ​​samo slabu kišu. A ako se valovi međusobno poništavaju, stvarajući mirnu vodenu površinu, ​​kišu ne treba očekivati."

Predviđanje budućnosti

Rezervoar daje vremensku prognozu jer se valovi u kanti i uzorci oborina razvijaju tijekom vremena, slijedeći iste zakone fizike. Isti princip, kažu oni, vrijedi za mnoge druge prirodne i društveno-ekonomske procese. To znači da rezervoarsko računalo može predvidjeti financijska tržišta pa čak i određene vrste ljudskih aktivnosti.

Dakako, ovo računalo ima svoja ograničenja, upozoravaju Maksimov i Pototski. Kao prvo, valovi su kratkotrajni; da bi se predvidjeli složene procese poput klimatskih promjena ili rasta stanovništva, potreban je spremnik s izdržljivijim valovima. Jedna od opcija su "solitoni", valovi koji zadržavaju svoj oblik i kreću se na velike udaljenosti.

Uloga solitona

Dvojica istraživača u svom su eksperimentu koristili kompaktne valove nalik solitonima kakvi se mogu vidjeti valove u umivaoniku ili fontani. U njihovom računalu tanak sloj vode teče preko blago nagnute metalne ploče, a mala električna crpka mijenja brzinu protoka i stvara valove. Takvi usamljeni valovi kreću se puno brže i žive dulje od vodenih valova u kanti, što računalu omogućuje veću brzinu obrade podataka.

Maksimov i Pototski testirali su sposobnost računala da zapamti prošle unose i napravi prognoze za referentni skup kaotičnih i nasumičnih podataka. Računalo je izuzetno dobro izvršilo sve zadatke i pritom nadmašilo digitalno računalo visokih performansi koje je rješavalo isti problem. Osmislili su i matematički model koji im je omogućio bolje razumijevanje fizičkih svojstava usamljenih valova.

Imuno na kibernetičke napade

Istraživači sad planiraju minijaturizirati svoje računalo na veličinu mikrofluidnog procesora. Vodeni valovi trebali bi moći raditi proračune unutar čipa koji radi slično silicijskim čipovima u svakom pametnom telefonu.

Jednom u budućnosti, nadaju se oni, takvo bi računalo moglo proizvesti pouzdane dugoročne prognoze klimatskih promjena, šumskih požara i financijskih tržišta, uz mnogo nižu cijenu i veću dostupnost od trenutnih superračunala. A kao bonus ističu još jednu njegovu prednost, ovo je računalo prirodno imuno na kibernetičke napade jer ne koristi digitalne podatke.