Што може да стори Биотроник - Бесплатно преземање во PDF
Приказната за броевите
Јас Клаудија Борчард-Тух Мајкл Грош Сè што Биотроник може да види слепо, да слуша глуво
III Клаудија Борчард-Тух Мајкл Грош Сè што Биотроник може слепо да види, слуша глуви луѓе
V Содржина Предговор IX 1 Вовед 1 Компјутерска револуција: од почеток 2 Кога се достигнати границите? 20 Помали, побрзи, подобри 23 Светот на квантни 24 Квантни компјутери 26 Механички нано-компјутери 36 Хемиски нано-компјутери 41 Дали исчезнуваат границите помеѓу природните и вештачките компјутерски системи? 43 Учење од природата 45 Дали компјутерите еден ден ќе можат да размислуваат? 53 Следните поглавја 57 Литература 57 2 Човечки компјутери: интерфејси на иднината 59 Традиционални интерфејси 59 Интерфејси на иднината 62 Компјутери како предмети за облека 62 Нано-роботи во телото 65 Микрокомпјутери на телото 68 Историја на носени уреди 69 Носечки уреди во медицината 73 Афективни компјутери 79 Зголемени Реалност 80
VI содржина Паметна облека 86 Дали стануваме киборзи? 91 Дали мозокот и компјутерот се спојуваат? 94 Светот на нервите 95 Модели во главата 97 Увид во меморијата 103 Што е свест? 112 Од природни до вештачки нервни мрежи 115 Почеток на нервни мрежи 116 Градење на нервни мрежи 118 Духовни машини 122 Невробионски живот 126 Интелигентни резервни делови 128 Лажни аларми во мозокот 130 Надеж за параплегичари 132 Одење со парализирани нозе 133 Виртуелниот пациент 135 Фаќајќи се со парализирани раце 138 Микроелектроника против Инконтиненција 141 Нови начини преку 'рбетниот мозок 144 Глув слух 145 Визија со слепи очи 148 Прва победа над Паркинсоновата 153 Против гром во мозокот 155 Ослободување од без зборови 157 Нови начини на поврзување на биологијата и технологијата 160 continueе продолжи ли спојувањето помеѓу луѓето и компјутерите? 164 Литература 167 3 Молекуларен компјутер 169 Lивата клетка како компјутер 175 РНК универзален генијалец 175 ДНК 177 протеини 178 внесување оптички податоци (попознат како процес на визија) 182
Содржина VII Електрично наелектризирани клетки за транспорт на сигнал во нерви 183 Употреба на биомолекули во вештачки компјутерски системи 185 Бактериодопсин 185 Прв ДНК компјутер 190 Понатамошен развој и иднина на ДНК компјутерот 200 ДНК како складирање на податоци за вечноста 203 Супрамолекуларни системи 205 Молекуларни жици 209 Супрамолекуларни прекинувачи 210 Јаглерод -Наноцевки како компјутерски елементи 212 Графит наноцевка како транзистор 212 Најнови достигнувања и иднина на наноцевки компјутери 218 Кој молекуларен компјутер е најдобар? 220 4 Размислување, компјутери и иднина 223 Дали компјутерите некогаш ќе можат да размислуваат? 225 Демонот на Максвел, или зошто е невозможно да се задржи нарачката 226 компјутерите нема да размислуваат во блиска иднина! 228 Еден од нас е компјутер, тестот Туринг 230 Но, што ако компјутерите научат да размислуваат: дали е крајот на светот пред нас? 234 Противник: Но, нема крај на светот 239 Изгледи 244 Литература 245 Понатамошно читање 247 Речник 253 Индекс на предмет 269
X Предговор Овој развој, сè попопуларното вмрежување на биологијата и електрониката, е она што ние го нарекуваме биотроник. Се сомневаме дека тоа на крајот ќе доведе до спојување на овие две области. Еден ден на прашањето дали даден објект е жив или синтетички можеби не е така лесно да се одговори. Ова го прави прашањето уште поитно: дали компјутерот некогаш ќе успее да размислува како луѓето? Придружете ни се да најдеме одговор. Како прво, благодарам: Др. Им благодариме на Груф и г-ѓа Петерсен што kindубезно го прочитаа ракописот и нивните вредни информации. Мис д-р. Им благодариме многу на Валтер и Вајли-ВЧ Верлаг за нивниот отворен пристап и нивната помош во остварувањето на книгата. Платно на Мајкл Грош Клаудија Борчард
Компјутерска револуција: од почетокот 17 Микропроцесорот се прави и денес од тенка, тркалезна силициумска плоча, обланда, која се третира и се загрева со разни хемикалии, при што од основниот материјал се формираат транзистори, проводници и изолатори. Процесот е копиран од техниката на печатење на литографијата. Автоматските системи произведуваат стотици до илјадници чипови што содржат до неколку милиони транзистори. Овде, нафора најпрво е обложена со фоторезистент, а потоа се изложува преку маска, негативна слика на идните транзистори и патеки за поврзување (слика 1.5). Хемикалии или јонски зраци ги отстрануваат деловите на фотохемиски изменетата боја. Силициумските области што сега се изложени апсорбираат адитиви со странски атоми, допинг, од кои се формираат транзисторски слоеви и метални слоеви, кои ги формираат поврзувачките патеки помеѓу транзисторите. Во зависност од сложеноста на посакуваното коло, неопходни се 25 чекори на експозиција, а со тоа и неколку маски. Слика 1.5. Со цел да се генерираат кола, моделот на структурите на колото се проектира на нафора од кварцна стаклена маска.
24 1 Вовед Сл. 1.6. Прстените составени од атоми се комбинираат за да формираат наносистем сличен на турбина. бидат криптирани. Видовме дека брановата должина на зраците што се користат за нивно создавање поставува ограничувања на нивното намалување на големината. Да се свртиме кон квантните компјутери. Светот на квантната Алиса седи здодевно пред телевизорот; тогаш нејзиниот поглед паѓа кон Алиса во земјата на чудата, што неодамна го прочита. Таа копнее да доживее слични авантури, падови и несвестици. Во нејзиниот сон таа паѓа низ екранот, каде ги среќава електроните, кои се намалени во големина и го осветлуваат екранот како зрак. Ова е почеток на приказната во која Алис постепено ги запознава особеностите на квантниот свет. На крајот Алис сфаќа дека дури и по долгогодишно истражување во оваа област, сè уште има нерешени прашања за основите на квантната теорија кои можеби никогаш нема да бидат решени
Помал, побрз, подобар 39 Сл. 1.9. Најмалиот стабилен и високо симетричен систем во светот се состои од вкупно 60 атоми на јаглерод. Молекулата на фулерен е со дијаметар околу нанометар. На абакусот на IBM, единиците, десетиците, стотиците итн. Се претставени со серија од десет молекули. Бисерите на најмалиот абакус во светот се молекулите C 60 во форма на фудбал, чија структура потсетува на геодетските куполи на американскиот архитект Бакминстер Фулер, поради што молекулите C 60 се нарекуваат бакуминстер фулерени или кратко фулерени (Слика 1.9). Молекулите C 60 се поставени на бакарна површина. Нивната подвижност е ограничена на линии помеѓу рамни, бакарни чекори, природни одлики на избраната кристална површина, кои дејствуваат како шини. Theлебовите овозможуваат работа со абакус на собна температура; Х. Изведете додатоци. Индивидуалните молекули се туркаат напред и назад по прецизно контролирана патека (слика 1.10).
40 1 Вовед Сл. 1.10. Ц 60 молекулите на најмалиот абакус во светот. Горниот ред на сликата (едните) претставува нула, а следните редови ги претставуваат цифрите од 1 до 10, со соодветниот број на молекули на крајот од секој ред. Прстот што ги придвижува бисерите на овој најмал абакус во светот е финиот врв на скенирачкиот микроскоп за тунелирање - игла со конусна форма што завршува во неколку атоми на врвот (слика 1.11). Скенирачкиот микроскоп за тунелирање го прави видлив и резултатот од пресметката. Направивме значителен напредок во управувањето со работи со нано големина и ги вградивме во нешто што работи дури и на собна температура, објави K.ејмс К. Гимзевски, професор по хемија и биохемија на Универзитетот во Калифорнија во Лос Анџелес. Иако процесот на пресметување сеуште е бавен во моментот (Гимзевски истакна дека движењето на молекулите на C 60 со скенирачки микроскоп за тунелирање е исто како и движењето на нормален абакус со Ајфеловата кула
Помал, побрз, подобар 41 Врв на истрагата на микроскопот за скенирање на тунелот C 60 бакарна површина Слика 1.11. Врвот на сондата на скенирачкиот микроскоп за тунелирање придвижува фулерен од Бакминстер. да се работи), степенот на минијатуризација е недвосмислен: Стотици редови на фулерен може да се сместат на еден чип Пентиум. Во теорија, абакусот на Гимзевски може да складира милијарда пати повеќе информации отколку меморијата на конвенционален компјутер. Хемиски нанокомпјутери Хемиските нанокомпјутери отелотворуваат информации преку специфични хемиски структури, а хемиски нанокомпјутер обработува информации со правење или кршење на хемиски врски и складирање на информации во добиените хемиски структури. Целта на поврзаната истражувачка гранка на молекуларната електроника е да создаде индивидуални молекули кои се однесуваат како конвенционални транзистори, диоди, оловни жици и други компоненти на денешните интегрирани кола. Компјутер чиишто елементарни компоненти се состојат од една молекула, може да биде 100.000 пати поцврсто спакуван и помоќен од најмодерните достапни компјутери во моментов.
58 1 Вовед [10] Strube G. Вештачка интелигенција и компјутери за луѓе. Досие: глава или компјутер. Спектар на наука, 1997, 10 13. [11] Сирл R.Р. Дали човечкиот ум е компјутерска програма? Во: Мозок и свест, спектар на наука, 1994, 148 154. [12] Lem S. Die Technologiefalle. Инсел Верлаг, Франкфурт, Лајпциг, 2000 година.
Дали мозокот и компјутерот се спојуваат? 99 Сл.2.7. Мрежа на нервни клетки во мозокот што потсетува на испреплетените корени на старите шумски дрвја. Вмрежувањето на нервните влакна создава безброј патишта на спроводливост и контакти за нервните возбудувања. Влезните информации се собираат и проценуваат тука, и се испраќаат команди, кои мускулите ги следат, на пример. Покрај тоа, овие врски се и основа на меморијата. на земјата. Може да се видат делови што веќе биле во сопственост на влекачи, делови над кои биле во сопственост на античките цицачи, кои на крајот биле следени од подоцнежните цицачи (вклучително и луѓето). Нашата област на мозокот на рептили контролира вродено однесување што е важно за опстанок, на пр. Б. Поставување и одбрана на територија, градење гнезда, подигање на млади и однесување за парење. Овие однесувања се вродени; Х. генетски утврдени. Етнологот ги нарекува инстинктивни. Мозокот на цицачите не може да формира долготрајни спомени-
100 2 Човечки компјутер: Интерфејси на идните доцни цицачи Урзамили влекачи Слика 2.8. Организација на трите мозочни области кои станаа дел од човечкиот ум во текот на развојот на мозокот на цицачите. на; тој е врзан за стабилна средина (како што е оној што се наоѓа кај рибите, на пример) и затоа се карактеризира со недостаток на флексибилност. Нашиот урзален дел од мозокот ги вклучува структурите на таканаречениот лимбичен систем. Според Меклин, тоа претставува прв обид на природата да генерира самодоверба. I.a. добива информации од внатрешноста на телото, што е важно за формирање на содржини во меморијата и за емоционална проценка на искуствата. Доцниот мозок на цицачот (и соодветните делови од нашиот сопствен) работи без оглед на сигналите во телото и е лишен од нив. Ја анализира околината во координатен систем време-простор. За разлика од мозокот на цицачите, тој создава стратегии и концепти. Тоа е мозок кој ја планира иднината и ги модифицира конзервативните, испробани и проверени стратегии на дејствување што се развиле во областа на мозокот кај цицачите.
Дали мозокот и компјутерот се спојуваат? 109 Сл.2.9. Во предвид е велосипедот на Сегнер. помеѓу времето на пристигнување на звук на секое уво: ако звучникот генерира звук, неговиот звучен бран се шири во сферична форма и природно пристигнува на едното уво порано отколку на другото. Меѓутоа, за да може да се процени оваа мала временска разлика, мора да има систем што го чува звукот што пристигнал порано додека не пристигне подоцна, т.е. Х. меморија. Во случај на досега споменатите мемориски системи, важно е колку долго се чуваат содржините на меморијата. Меѓутоа, веќе некое време, на истражувачите им станува сè поважно што се чува. Тие повеќе не прават разлика помеѓу различните мемориски системи според нивното времетраење, туку според нивната содржина. Кога испитувале луѓе кои делумно ги изгубиле своите сеќавања, научниците откриле дека содржината може да се чува на различни начини. Овие таканаречени амнезии се предизвикани од несреќи или психолошки стрес. Амнестиците имаат многу посебни неуспеси: повеќето од нив веќе не можат да се сеќаваат на сопственото минато, заборавија кои се. Другите веќе не се во можност,
Невробионски живот 129 Сл. 2.11. Вештачка рака. Контролирани од микропроцесори, електричните мотори изработени од титаниум и алуминиум ги движат вештачките прсти. Рејнолдс ја контролира својата протеза со движење на мускулите на раката - тоа е миоелектрик. Ако сака да ја затвори раката, ги затегнува мускулите на трупецот на раката. Како и при секое движење, електрична струја тече од мозокот во мускулите. Мал дел се наоѓа на крајот на трупецот на раката и влегува во протезата. Електродите ги земаат сигналите и ги испраќаат до процесорите.Раката се движи, а Рејнолдс има среќно чувство дека повторно ја поместил старата рака. Рејнолдс дури може да се почувствува со својата вештачка рака со помош на сензор кој може да разликува топло и ладно