Какво може Biotronic - PDF Безплатно изтегляне

Историята на числата

I Claudia Borchard-Tuch Michael Groß Всичко, което Biotronic може да вижда на сляпо, да чува глухо

III Клаудия Боршард-Тух Майкъл Грос Всичко, което Biotronic може да вижда сляпо, да чува глухи хора

V Съдържание Предговор IX 1 Въведение 1 Компютърна революция: от самото начало 2 Кога са достигнати лимитите? 20 По-малък, по-бърз, по-добър 23 Светът на кванта 24 Квантови компютри 26 Механични нанокомпютри 36 Химически нанокомпютри 41 Изчезват ли границите между естествените и изкуствените компютърни системи? 43 Учене от природата 45 Ще могат ли компютрите един ден да мислят? 53 Следващите глави 57 Литература 57 2 Човешки компютри: интерфейси на бъдещето 59 Традиционни интерфейси 59 Интерфейси на бъдещето 62 Компютри като елементи на облеклото 62 Нанороботи в тялото 65 Микрокомпютри върху тялото 68 История на носимите 69 Носимите в медицината 73 Ефективни компютри 79 Допълнени Реалност 80

VI Съдържание Интелигентно облекло 86 Ставаме ли киборги? 91 Сливат ли се мозъкът и компютърът? 94 Светът на нервите 95 Модели в главата 97 Прозрения в паметта 103 Какво е съзнанието? 112 От естествени до изкуствени невронни мрежи 115 Начало на невронни мрежи 116 Изграждане на невронни мрежи 118 Духовни машини 122 Невробионен живот 126 Интелигентни резервни части 128 Фалшиви аларми в мозъка 130 Надежда за параплегици 132 Ходене с парализирани крака 133 Виртуален пациент 135 Хващане с парализирани ръце 138 Микроелектроника срещу Инконтиненция 141 Нови начини през гръбначния мозък 144 Глух слух 145 Зрение със слепи очи 148 Първа победа над Паркинсон 153 Срещу мълниите в мозъка 155 Освобождаване от безмълвие 157 Нови начини за свързване на биологията и технологиите 160 Ще продължи ли сливането между хората и компютрите? 164 Литература 167 3 Молекулярни изчисления 169 Живата клетка като компютър 175 РНК универсалният гений 175 ДНК 177 Протеини 178 Въвеждане на оптични данни (вулго: процесът на виждане) 182

Съдържание VII Електрически заредени клетки за пренос на сигнал в нервите 183 Използване на биомолекули в изкуствени компютърни системи 185 Бактериородопсин 185 Първият ДНК компютър 190 По-нататъшно развитие и бъдеще на ДНК компютъра 200 ДНК като съхранение на данни за цяла вечност 203 Супрамолекулни системи 205 Молекулни проводници 209 Супрамолекулни превключватели 210 Въглерод -Нанотръби като изчислителни елементи 212 Графитна нанотръба като транзистор 212 Най-новите разработки и бъдеще на нанотръбните компютри 218 Кой молекулярен компютър е най-добрият? 220 4 Мислене, компютри и бъдеще 223 Ще могат ли компютрите да мислят някога? 225 Демонът на Максуел или защо е невъзможно да се поддържа ред 226 Компютри няма да мислят в близко бъдеще! 228 Един от нас е компютър, тестът на Тюринг 230 Но какво, ако компютрите се научат да мислят: предстои ли краят на света? 234 Противник: Но няма край на света 239 Outlook 244 Литература 245 Допълнително четене 247 Речник 253 Предметен индекс 269

X Предговор Това развитие, все по-популярната мрежа от биология и електроника, е това, което ние наричаме биотронно. Подозираме, че в крайна сметка това ще доведе до сливане на тези две области. Един ден на въпроса дали даден обект е жив или синтетичен може да не е толкова лесно да се отговори. Това прави въпроса още по-спешен: ще успее ли компютърът някога да мисли като хората? Присъединете се към нас в намирането на отговор. На първо място, благодаря: Dr. Благодарим на Gräf и г-жа Petersen за любезното четене на ръкописа и ценната им информация. Госпожица д-р Благодарим много на Уолтър и Уайли-VCH Verlag за техния отворен подход и помощта им за превръщането на книгата в реалност. Майкъл Грос Клаудия Боршард плат

Компютърна революция: от началото 17 Дори и днес микропроцесорът е направен от тънка, кръгла силиконова плоча, пластината, която се обработва и загрява с различни химикали, като транзисторите, проводниците и изолаторите са оформени от основния материал. Процесът е копиран от печатната техника на литографията. Автоматичните системи произвеждат стотици до хиляди чипове, които съдържат до няколко милиона транзистори. Тук вафлата първо се покрива с фоторезист и след това се излага чрез маска, отрицателното изображение на бъдещите транзистори и пътеките за свързване (фиг. 1.5). Химикали или йонни лъчи премахват фотохимично променените секции боя. Изложените сега силициеви области поглъщат добавки с чужди атоми, допинг, от който се образуват транзисторни слоеве, и метални слоеве, които образуват свързващите пътеки между транзисторите. В зависимост от сложността на желаната схема са необходими 25 стъпки на експозиция и следователно няколко маски. Фигура 1.5. За да се генерират схеми, моделът на верижните структури се проектира върху пластината от маска от кварцово стъкло.

24 1 Въведение Фиг. 1.6. Пръстените, съставени от атоми, се комбинират, за да образуват подобна на турбина наносистема. да бъдат шифровани. Видяхме, че дължината на вълната на лъчите, използвани за тяхното производство, определя граници за намаляването им в размер. Нека се обърнем към квантовите компютри. Светът на квантовата Алиса седи отегчена пред телевизора; след това погледът й пада върху Алиса в страната на чудесата, която наскоро прочете. Тя копнее да преживее подобни приключения, падания и припадъци. В съня й пада през екрана, където удря електроните, намалени по размер, които карат екрана да свети като лъч. Това е началото на история, в която Алиса постепенно опознава особеностите на квантовия свят. В крайна сметка Алис осъзнава, че дори след дълги години изследвания в тази област, остават нерешени въпроси на основите на квантовата теория, които може никога да не бъдат разрешени

По-малък, по-бърз, по-добър 39 Фиг. 1.9. Най-малката стабилна и силно симетрична система в света се състои от общо 60 въглеродни атома. Молекулата на фулерена е с диаметър около нанометър. На абакуса на IBM единици, десетки, стотици и др. Са представени от поредица от десет молекули. Перлите на най-малкия абакус в света са футболните молекули C 60, чиято структура напомня на геодезическите куполи на американския архитект Buckminster Fuller, поради което молекулите C 60 се наричат Buckminster фулерени или фулерени за кратко (фиг. 1.9). Молекулите C 60 са разположени върху медна повърхност. Тяхната мобилност е ограничена до линии между плоски, медни стъпала, естествени характеристики на избраната кристална повърхност, които действат като релси. Каналите позволяват на абакуса да работи при стайна температура; H. Извършвайте допълнения. Отделни молекули се изтласкват напред-назад по прецизно контролиран път (фиг. 1.10).

40 1 Въведение Фиг. 1.10. Молекулите C 60 от най-малкия абакус в света. Горният ред на картината (единици) представлява нула, а следващите редове представляват цифрите от 1 до 10, със съответния брой молекули в края на всеки ред. Пръстът, който движи перлите на този най-малък абакус в света, е финият връх на сканиращ тунелен микроскоп - игла с конична форма, която завършва с няколко атома на върха (фиг. 1.11). Сканиращият тунелен микроскоп също прави видими резултата от изчислението. Постигнахме значителен напредък в боравенето с наноразмерни неща и ги вградихме в нещо, което работи дори при стайна температура, обяви Джеймс К. Гимжевски, професор по химия и биохимия в Калифорнийския университет в Лос Анджелис. Въпреки че в момента процесът на изчисление все още е бавен (Гимжевски отбеляза, че преместването на молекули C 60 със сканиращ тунелен микроскоп е същото като преместването на нормален абакус с Айфеловата кула

По-малък, по-бърз, по-добър 41 Накрайник на сондата на сканиращия тунелен микроскоп C 60 медна повърхност Фиг. 1.11. Върхът на сондата на сканиращ тунелен микроскоп движи фулерен на Buckminster. да работи), степента на миниатюризация е несъмнена: стотици фулеренови редове могат да се поберат на един Pentium чип. На теория сметката на Гимжевски може да съхранява милиард пъти повече информация от паметта на конвенционален компютър. Химически нанокомпютри Химическите нанокомпютри въплъщават информацията чрез специфични химически структури, а химическият нанокомпютър обработва информацията чрез създаване или прекъсване на химични връзки и съхраняване на информация в получените химически структури. Целта на свързания изследователски клон на молекулярната електроника е да създаде отделни молекули, които се държат като конвенционални транзистори, диоди, оловни проводници и други компоненти на днешните интегрални схеми. Компютър, чиито елементарни компоненти се състоят от една молекула, всеки може да бъде 100 000 пъти по-плътно опакован и по-мощен от най-модерните компютри, налични в момента.

58 1 Въведение [10] Strube G. Изкуствен интелект и компютри за хора. Досие: глава или компютър. Спектър на науката, 1997, 10 13. [11] Searle JR. Човешкият ум компютърна програма ли е? В: Мозък и съзнание, спектър на науката, 1994, 148 154. [12] Lem S. Die Technologiefalle. Insel Verlag, Франкфурт, Лайпциг, 2000 г.

Сливат ли се мозъкът и компютърът? 99 Фиг. 2.7. Мрежа от нервни клетки в мозъка, която напомня на взаимно свързани корени на стари горски дървета. Свързването в мрежа на нервните влакна създава безброй проводими пътища и контакти за нервни възбуждания. Тук се събира и оценява входящата информация и се изпращат команди, които мускулите следват например. Освен това тези връзки са и основата на паметта. на земята. Могат да се видят участъци, които вече са били собственост на влечуги, секции по-горе, които са били собственост на древните бозайници, които в крайна сметка са били последвани от по-късните бозайници (включително хората). Нашата влечугова зона на мозъка контролира вродените поведения, които са важни за оцеляването, напр. Б. Определяне и защита на територия, изграждане на гнезда, отглеждане на млади и чифтосване. Тези поведения са вродени; H. генетично детерминирани. Етнологът ги нарича инстинктивни. Мозъкът на бозайниците не може да формира дълготрайни спомени-

100 2 Човешки компютър: Интерфейси на бъдещите късни бозайници Ursammals Reptiles Фиг. 2.8. Организация на трите мозъчни области, които са станали част от човешкия ум в хода на развитието на мозъка на бозайниците. на; той е обвързан със стабилна среда (като тази, която се намира например при рибите) и поради това се характеризира с липса на гъвкавост. Нашата урзална част на мозъка включва структурите на така наречената лимбична система. Според MacLean това представлява първият опит на природата да генерира самочувствие. I.a. той получава информация от вътрешността на тялото, което е важно за формирането на съдържанието на паметта и за емоционалната оценка на преживяванията. Късният мозък на бозайник (и съответните части на нашия собствен) работи независимо от сигналите в тялото и е лишен от тях. Той анализира околната среда във времево-пространствена координатна система. За разлика от мозъка на бозайниците, той създава стратегии и концепции. Това е мозък, който планира бъдещето и модифицира консервативните, изпитани и изпитани стратегии за действие, разработени в областта на мозъка на бозайниците.

Сливат ли се мозъкът и компютърът? 109 Фиг. 2.9. Моторът на Сегнер в ума. между времето на пристигане на звук на всяко ухо: ако говорителят генерира звук, неговата звукова вълна се разпространява в сферична форма и естествено пристига в едното ухо по-рано, отколкото в другото. За да може да се оцени тази малка разлика във времето обаче, трябва да има система, която да съхранява звука, който е пристигнал по-рано до пристигането на по-късния, т.е. H. спомен. В случая на споменатите досега системи с памет е важно колко дълго се съхранява съдържанието на паметта. От известно време обаче за изследователите става все по-важно какво се съхранява. Те вече не правят разлика между различните системи памет според тяхната продължителност, а според тяхното съдържание. При изследване на хора, които частично са загубили спомените си, учените откриват, че съдържанието може да се съхранява по различни начини. Тези така наречени амнезии се причиняват от злополуки или психологически стрес. Амнезиците имат много специални неуспехи: повечето от тях вече не могат да си спомнят собственото си минало, забравили са кои са. Други вече не са в състояние,

Невробионен живот 129 Фиг. 2.11. Изкуствена ръка. Управлявани от микропроцесори, електрическите двигатели, изработени от титан и алуминий, движат изкуствените пръсти. Рейнолдс контролира протезата си, като движи мускулите на ръцете си - тя е миоелектрична. Ако иска да затвори ръката си, той напряга мускулите на пънчето на ръката. Както при всяко движение, електрически ток тече от мозъка в мускулите. Малка част от него стига до края на пънчето на ръката и в протезата. Там електродите улавят сигналите и ги предават на процесорите.Ръката се движи и Рейнолдс има щастливото усещане, че отново е преместил старата си ръка. Рейнолдс може дори да усети с изкуствената си ръка с помощта на сензор, който може да прави разлика между топло и студено