Mit tehet a Biotronic - PDF ingyenes letöltés
A számok története
Én Claudia Borchard-Tuch Michael Groß Mindent, amit a Biotronic lát, vakot, süketet hall
III Claudia Borchard-Tuch Michael Groß Mindent, amit a Biotronic lát, vakot, süketet hall
V Tartalom Előszó IX 1 Bevezetés 1 Számítógépes forradalom: a kezdetektől 2 Mikor érjük el a határokat? 20 Kisebb, gyorsabb, jobb 23 A kvantumok világa 24 Kvantumszámítógépek 26 Mechanikus nanoszámítógépek 36 Kémiai nanoszámítógépek 41 Eltűnnek a határok a természetes és a mesterséges számítógépes rendszerek között? 43 Tanulás a természetből 45 Képesek lesznek-e a számítógépek egyszer gondolkodni? 53 A következő fejezetek 57 Irodalom 57 2 Emberi számítógépek: a jövő interfészei 59 Hagyományos interfészek 59 A jövő interfészei 62 Számítógépek, mint ruházati cikkek 62 Nano-robotok a testben 65 Mikrokomputerek a testen 68 A viselhetőek története 69 A hordható eszközök az orvostudományban 73 Affektív számítástechnika 79 Kiterjesztett Valóság 80
VI Tartalom Intelligens ruházat 86 Kiborgokká válunk? 91 Összeolvad az agy és a számítógép? 94 Az idegek világa 95 Minták a fejben 97 Betekintés az emlékezetbe 103 Mi a tudat? 112 Természetesektől mesterséges ideghálózatokig 115 Ideghálózatok kezdete 116 Ideghálózatok kiépítése 118 Lelki gépek 122 Neurobionikus élet 126 Intelligens pótalkatrészek 128 Hamis riasztások az agyban 130 Remény a paraplegikusok számára 132 Séta megbénult lábakkal 133 A virtuális beteg 135 Bénult kézzel megfogni 138 Mikroelektronika Inkontinencia 141 Új utak a gerincvelőn keresztül 144 Süket hallás 145 Látás vak szemmel 148 Első győzelem a Parkinson-kór felett 153 Az agy villámai ellen 155 Felszabadulás a szótalanságtól 157 A biológia és a technológia összekapcsolásának új módjai 160 Folytatódik-e az emberek és a számítógépek egyesülése? 164 Irodalom 167 3 Molekuláris számítás 169 Az élő sejt mint számítógép 175 RNS az Universal Genius 175 DNS 177 Fehérjék 178 Optikai adatbevitel (vulgo: a látás folyamata) 182
Tartalom VII Elektromos töltésű sejtek az idegek jelátviteléhez 183 Biomolekulák használata mesterséges számítógépes rendszerekben 185 Bacteriorhodopsin 185 Az első DNS-számítógép 190 A DNS-számítógép továbbfejlesztése és jövője 200 DNS az örökkévalóság adattárolásaként 203 Szupramolekuláris rendszerek 205 Molekuláris vezetékek 209 Szupramolekuláris kapcsolók 210 Szén -Nanocsövek, mint számítási elemek 212 A grafit nanocsövek, mint tranzisztorok 212 A nanocsöves számítógépek legújabb fejleményei és jövője 218 Melyik molekuláris számítógép a legjobb? 220 4 Gondolkodás, számítógépek és a jövő 223 Képesek lesznek-e valaha a számítógépek gondolkodni? 225 A Maxwell-démon, vagy miért lehetetlen rendet tartani 226 Számítógép nem fog a közeljövőben gondolkodni! 228 Egyikünk egy számítógép a Turing-teszt 230 De mi van akkor, ha a számítógépek megtanulnak gondolkodni: előttünk áll a világ vége? 234 Ellenfél: De nincs világvége 239 Kitekintés 244 Irodalom 245 További olvasmány 247 Szójegyzék 253 Tárgymutató 269
X Előszó Ezt a fejlődést, a biológia és az elektronika egyre népszerűbb hálózatépítését nevezzük biotrónikusnak. Gyanítjuk, hogy ez végül e két terület egyesüléséhez vezet. Egy nap nem biztos, hogy olyan könnyű megválaszolni azt a kérdést, hogy egy adott tárgy él-e vagy szintetikus-e. Ez még sürgetőbbé teszi a kérdést: sikerül-e valaha a számítógépnek úgy gondolkodnia, mint az emberek? Csatlakozzon hozzánk és találjon választ. Először is köszönöm: Dr. Köszönjük Gräfnek és Mrs. Petersennek, hogy kedvesen elolvasták a kéziratot és értékes információikat. Miss Dr. Nagyon köszönjük Walternak és Wiley-VCH Verlag-nak a nyitott gondolkodásmódot és a könyv valóra váltásában nyújtott segítségüket. Michael Groß Claudia Borchard kendő
Számítógépes forradalom: kezdettől fogva 17 A mikroprocesszor ma is egy vékony, kerek szilíciumlemezből készül, az ostyából, amelyet különféle vegyszerekkel kezelnek és melegítenek, az alapanyagból tranzisztorokkal, vezetőkkel és szigetelőkkel. A folyamatot a litográfia nyomtatási technikájából másoljuk. Az automatikus rendszerek száz-ezer chipet gyártanak, amelyek akár több millió tranzisztort tartalmaznak. Itt az ostyát először fényvisszaverővel vonják be, majd maszkon keresztül teszik ki a jövőbeli tranzisztorok és csatlakozási utak negatív képét (1.5. Ábra). Vegyszerek vagy ionnyalábok távolítják el a fotokémiailag megváltozott festékrészeket. A most kiépített szilíciumterületek idegen atomokkal rendelkező adalékanyagokat, adalékokat, amelyekből tranzisztorrétegek képződnek, és fémrétegeket, amelyek összekötő utakat képeznek a tranzisztorok között. A kívánt áramkör összetettségétől függően 25 expozíciós lépésre és így több maszkra van szükség. 1.5. Ábra Az áramkörök előállításához az áramköri struktúrák mintázatát egy kvarcüveg maszkról vetítik az ostyára.
24 1 Bevezetés 1.6. Ábra. Az atomokból álló gyűrűk egy turbinaszerű nanorendszert alkotnak. titkosítani. Láttuk, hogy az előállításukhoz használt sugarak hullámhossza korlátokat szab a méretük csökkenésére. Térjünk rá a kvantum számítógépekre. A kvantum Alice világa unatkozik a televízió előtt; aztán a tekintete Alice Csodaországban esik, amelyet nemrégiben olvasott. Vágyik hasonló kalandok megtapasztalására, elesésekre és elájulásokra. Álmában átesik a képernyőn, ahol találkozik az elektronokkal, amelyek mérete kisebb, és nyalábként világítja meg a képernyőt. Ez egy olyan történet kezdete, amelyben Alice fokozatosan megismeri a kvantumvilág sajátosságait. Végül Alice rájön, hogy sok éves kutatás után ezen a területen is maradnak megoldatlan kérdések a kvantumelmélet alapjairól, amelyeket soha nem lehet megoldani
Kisebb, gyorsabb, jobb 39 1.9. A világ legkisebb stabil és nagyon szimmetrikus rendszere összesen 60 szénatomból áll. A fullerén molekula átmérője nanométer körül van. Az IBM abacuson az egységeket, tízeket, százakat stb. Tíz molekulasorozat képviseli. A világ legkisebb abacusának gyöngyszeme a futball alakú C 60 molekula, amelynek felépítése Buckminster Fuller amerikai építész geodéziai kupoláira emlékeztet, ezért a C 60 molekulákat röviden Buckminster fullerenesnek vagy fulleréneknek hívják (1.9. Ábra). A C 60 molekulák egy réz felületén helyezkednek el. Mozgásuk csak a sík, réz lépcsők közötti vonalakra korlátozódik, a választott kristályfelület természetes jellemzői, amelyek sínekként működnek. A barázdák lehetővé teszik az abakusz szobahőmérsékleten történő működését; H. Végezzen kiegészítéseket. Az egyes molekulákat előre-hátra tolják egy pontosan szabályozott úton (1.10. Ábra).
40 1 Bevezetés 1.10. A világ legkisebb abacusának C 60 molekulái. A kép legfelsõ sora (egyek) nulla értéket képvisel, a következõ sorok pedig az 1–10 számjegyeket, az egyes sorok végén a megfelelõ számú molekulával. Az az ujj, amely a világ legkisebb abakuszának gyöngyszemeit mozgatja, egy pásztázó alagútmikroszkóp finom csúcsa - egy kúpos alakú tű, amelynek csúcsán több atomban végződik (1.11. Ábra). A beolvasó alagútmikroszkóp a számítás eredményét is láthatóvá teszi. Jelentős előrelépéseket tettünk a nano méretű dolgok kezelésében, és beépítettük őket olyanba, ami még szobahőmérsékleten is működik - jelentette be James K. Gimzewski, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem kémia és biokémia professzora. Bár a számítási folyamat jelenleg még lassú (Gimzewski megjegyezte, hogy a C 60 molekulák mozgatása pásztázó alagútmikroszkóppal megegyezik egy normál abakusz mozgatásával az Eiffel-toronnyal
Kisebb, gyorsabb, jobb 41 A letapogató alagút mikroszkóp C 60 rézfelületének szondája 1.11. Ábra. A pásztázó alagútmikroszkóp szondacsúcsa egy Buckminster fullerént mozgat. hogy működjön), a miniatürizálás mértéke összetéveszthetetlen: több Penterin-lap több száz fullerén sor fér el egyetlen Pentium chipen. Elméletileg Gimzewski abacusában milliárdszor több információ tárolható, mint egy hagyományos számítógép memóriájában. Kémiai nanoszámítógépek A kémiai nanoszámítógépek információkat kémiai szerkezeteken keresztül testesítenek meg, a kémiai nanoszámítógépek pedig kémiai kötések létrehozásával vagy megszakításával, valamint az így kapott kémiai struktúrákban tárolják az információkat. A molekuláris elektronika kapcsolódó kutatási ágának célja olyan egyedi molekulák létrehozása, amelyek úgy viselkednek, mint a hagyományos tranzisztorok, diódák, ólomhuzalok és a mai integrált áramkörök egyéb alkatrészei. Az a számítógép, amelynek elemi komponensei egy-egy molekulából állnak, 100 000-szer szorosabban csomagolható és erősebb lehet, mint a jelenleg elérhető legmodernebb számítógépek.
58 1 Bevezetés [10] Strube G. Mesterséges intelligencia és számítógépek az emberek számára. Dosszié: fej vagy számítógép. Spectrum of Science, 1997, 10 13. [11] Searle JR. Az emberi elme számítógépes program? In: Agy és tudat, a tudomány spektruma, 1994, 148 154. [12] Lem S. Die Technologiefalle. Insel Verlag, Frankfurt, Lipcse, 2000.
Összeolvad az agy és a számítógép? 99 2.7. Ábra Az idegsejtek hálózata az agyban, amely az öreg erdei fák egymásba illő gyökereire emlékeztet. Az idegrostok hálózatba kapcsolása számtalan vezetési utat és kontaktust hoz létre az ideggerjesztésekhez. A beérkező információkat itt gyűjtik és értékelik, és parancsokat küldenek, amelyeket például az izmok követnek. Ezenkívül ezek a kapcsolatok a memória alapját is képezik. a földön. Láthatók olyan szakaszok, amelyek már a hüllők tulajdonában voltak, a fenti szakaszok az ókori emlősök tulajdonában voltak, amelyeket végül a későbbi emlősök (beleértve az embereket is) követtek. Hüllő agyterületünk a túlélés szempontjából fontos veleszületett viselkedést irányítja, pl. B. Terület kitűzése és védelme, fészkek építése, fiatalok nevelése és párzási magatartás. Ezek a viselkedések veleszületettek; H. genetikailag meghatározott. Az etnológus ösztönösnek nevezi őket. Az emlős agy nem képes hosszan tartó emlékeket kialakítani-
100 2 Emberi számítógép: A jövő interfészei Késői emlősök Ursammals hüllők 2.8. Az emlõ agyának fejlõdése során az emberi elme részévé vált három agyterület megszervezése. a; stabil környezethez kötődik (például a halaknál), ezért a rugalmasság hiánya jellemzi. Ursalis agyrészünk magában foglalja az úgynevezett limbikus rendszer felépítését. MacLean szerint ez a természet első próbálkozása az önbizalom megteremtésére. I.a. információt kap a test belsejéből, ami fontos a memória tartalmának kialakulásához és az élmények érzelmi értékeléséhez. A késői emlős agy (és saját megfelelő részeink) a testen belüli jelektől függetlenül működik, és nincsenek benne. Idő-tér koordináta-rendszerben elemzi a környezetet. Az emlős agyával ellentétben stratégiákat és koncepciókat hoz létre. Ez egy olyan agy, amely megtervezi a jövőt, és módosítja a méh agy területén kialakult konzervatív, kipróbált és bevált cselekvési stratégiákat.
Összeolvad az agy és a számítógép? 109 2.9. Ábra. Segner kerékpárját szem előtt tartva. az egyes fülekbe érkező hang érkezési ideje között: ha a hangszóró hangot generál, hanghulláma gömbszerűen szétterjed, és természetesen korábban érkezik az egyik füléhez, mint a másikhoz. Annak érdekében, hogy értékelni lehessen ezt a kis időbeli különbséget, egy olyan rendszernek kell működnie, amely a korábban érkezett hangot tárolja a későbbi megérkezéséig, azaz H. egy emlék. Az eddig említett memóriarendszerek esetében fontos, hogy mennyi ideig tárolják a memória tartalmát. Egy ideje azonban a kutatók számára egyre fontosabbá válik, hogy mit tárolnak. Már nem időtartamuk, hanem tartalmuk szerint különböztetik meg a különböző memóriarendszereket. Olyan embereket vizsgálva, akik részben elvesztették emlékeiket, a tudósok felfedezték, hogy a tartalmak különböző módon tárolhatók. Ezeket az úgynevezett amnéziákat balesetek vagy pszichés stressz okozzák. Az amnesztikusoknak nagyon különleges kudarcai vannak: többségük már nem emlékszik saját múltjára - elfelejtette, hogy kik ők. Mások már nem képesek,
Neurobionikus élet 129 2.11. Ábra. Mesterséges kéz. A mikroprocesszorok által vezérelt, titánból és alumíniumból készült villanymotorok mozgatják a mesterséges ujjakat. Reynolds karizmainak mozgatásával irányítja protézisét - ez myoelektromos. Ha le akarja csukni a kezét, izmokat feszít a karcsonkon. Mint minden mozdulatnál, elektromos áram áramlik az agyból az izmokba. Kis része a karcsonk végéig és a protézisbe kerül. Az elektródák felveszik a jeleket és továbbítják azokat a processzorokhoz, a kéz mozog, és Reynolds örül, hogy újra megmozgatta régi kezét. Reynolds még mesterséges kezével is érezhet egy érzékelő segítségével, amely képes megkülönböztetni a meleget és a hideget