Показать меню
Лаборатория
Можно ли назвать материю «устройством»?
www.tbaberlin.de

Можно ли назвать материю «устройством»?

В царстве программируемой материи компьютер станет облаком, растением или вашим другом

15 мая 2014 Иван Куликов

Ошеломила бы людей, живших век-полтора назад, фотография человека, вперившегося в экран ноутбука? Возможно, в подсвеченных плоских клавишах они узнали бы клавиатуру какого-нибудь «ремингтона» или «ундервуда» — первых пишущих машинок, в цветном дисплее — продвинутую версию бумажного листа. К нему через века подключили фотоателье, синематограф и светские салоны, где можно обменяться сплетнями. И это замечательно, но позвольте, спросят предки, в чём именно заключается сущностный прорыв этой технологии?

Со времён «ундервудов» много воды утекло, но принцип устройства тот же — условный ящик работает по принципу «жмём кнопку — смотрим результат». И какая разница, голографическая эта кнопка или пластиковая, велик ли ящик, и куда мы выводим результат — на бумагу, дисплей или прямо в мозг.

Раз так, то неудивительно, что нынешние картины будущего, наполненные всякого рода гаджетами, не производят на нас, как и на современников первых «ундервудов», большого впечатления. Футурологи, режиссёры фантастических блокбастеров и проектные отделы корпораций стремятся поразить воображение всё более изощрёнными «дивайсами». Но и они на поверку оказываются всё той же коробкой с кнопкой — посредником между человеком и реальностью.

Между тем удивляться новым технологиям — по-настоящему, по-детски — можно. Достаточно заглянуть в научные статьи, откуда будущее, где нет никаких устройств, но есть тотально программируемый мир, посылает нам действительно странные, ни с чем не сравнимые сигналы. Функции компьютера больше не исчерпываются вводом и обработкой текста. Более того: исчерпана сама идея «гаджета» — устройства для манипуляций с информацией.

 

Логичный таракан: зачем плодить компьютеры, если они уже созданы природой?

Исследовательская группа в израильском университете Бар-Илан сообщает, что ей удалось произвести базовые логические операции внутри и с помощью живого таракана Blaberus discoidalis. Объём обработанной тараканом информации пока ничтожен, хотя авторы обещают масштабировать его вычислительную ёмкость до уровня старых 8-битовых компьютеров Commodore 64 и Atari 800. Сути это не меняет: живой организм впервые выполнил функцию ЭВМ. Точнее, БВМ — биовычислительной машины. 

 а) Cценарии логических переключателей на основе синтезированных ДНК. ДНК-контейнеры E, P1, P2, N, F реагируют на входные сигналы  X и Y (белковые молекулы PDGF и VEGF) -- контейнеры открываются, высвобождая "груз", молекулу люминисцентного белка. Комбинируя контейнеры можно построить различные типы переключателей - AND (логическое "и"), OR (логическое "или"), XOR (исключающее "или"), adder (логический сумматор). b) Логические конфигурации ДНК-контейнеров в лимфе таракана по данным сканирующего атомно-силового микроскопа. // Nature Nanotechnologies

Управление такой машиной осуществляется посредством синтезированных ДНК-молекул, которые можно складывать наподобие оригами в молекулярные контейнеры. Внутри таких контейнеров можно, в свою очередь, упаковать молекулы особых белков, которые светятся в лучах ультрафиолета. Искусственные ДНК-оригами сложены так, что при контакте с молекулами лимфы таракана (их можно рассматривать как аналог входных данных) контейнеры открываются (аналог логической операции), белок высвобождается, а лимфа таракана начинает светиться в УФ-лучах (аналог выходных данных, или результата логической операции).

Где здесь вычисления?

Фокус в том, что, настроив ДНК на определённые протеины таракана, можно выстроить сценарии, при которых контейнеры срабатывают по строго определённому набору правил, например, работая как логическое «и», логическое «или», логическое «если» и так далее — посмотрите на схеме. Они начинают вести себя как логические переключатели — базовые кирпичики, из которых и строятся процессоры вычислительных машин.

Подбором соответствующие комбинации белков и ДНК в живом таракане была успешно реализована серия стандартных логических переключателей — элементарных действий, лежащих в основе вычислительных устройств на основе кремния.

Скажем больше: превратить в управляемый биокомпьютер можно любой организм, в том числе человеческий, ведь живая материя — это ансамбли органических молекул, взаимодействующих по определённой логике. Для получения результата, который нас интересует, мы просто подключаемся к этой логике, используя природную вычислительную мощность других существ. Способ подключения — дело техники.

В случае с технологией ДНК-оригами практическим результатом могут стать так называемые «умные лекарства», или программируемая клеточная терапия. Ведь если вместо светящихся белков упаковать в ДНК молекулы лекарств, можно научить контейнеры высвобождать их по определённой схеме строго рядом с заболевшей клеткой или даже внутри неё. Или даже производить лекарства непосредственно в больном органе. На самом деле наши запросы к биовычислительным  машинам ничем не ограничены, и с помощью вычислительного таракана можно при желании (и при увеличении скорости обработки информации) набирать тексты, производить расчёты, запоминать и передавать любую информацию.

Впрочем, набор текста с помощью насекомого вряд ли будет напоминать «фотографию человека, уткнувшегося в свой ноутбук». Биокомпьютер — не «коробка с кнопкой», а живая материя, услугами которой мы воспользовались. Можно ли назвать её «устройством»? А если осуществлять логические операции внутри человека, внутри самого себя? Не превратится ли акт вычисления в акт общения? Или — рефлексии?

Как бы то ни было, программирование живой материи и персональный «гаджет» — это две диаметрально противоположные концепции компьютера. Гаджет создан для владения информацией. Он осуществляет функцию собственности и отчуждения. Биокомпьютер, напротив, немыслим без соучастия. И даже сострадания — вещь, вряд ли вообразимая в компьютерной технике сегодняшнего дня. Цивилизация будущего, использующая подобного рода технологии, будет сильно отличаться от современной, в которой «техника» отчуждена от «биологии». Пришла пора говорить об экологии будущих компьютерных сообществ, в которых процесс обработки информации не отчуждён от биологических носителей — от тел.

Следующий вопрос: как осуществлять вывод информации и обмен данными между биокомпьютерами в эпоху программируемой материи? Если «логический таракан» играет роль процессора, то каким может быть компьютерный дисплей? Облаком? Растением? Пахучим мыльным пузырём? Странный ряд, но дисплеи будущего могут ими быть!

 

Осмысленность мыльных пузырей: проект BIG

BIG — это Bristol Interaction and Graphics, дизайнерская группа, которая помимо прочего разрабатывает нестандартные компьютерные интерфейсы, системы взаимодействия человека, компьютера и окружающей среды.

SensaBubble, дисплей на пахучих мыльных пузырях, — одно из их изобретений. Мыльные пузыри регулируемого размера выстреливаются пушкой, которая наполняет их ароматным разноцветным дымом. Далее на пузыри могут проецироваться тексты, изображения и пиктограммы. Информация считывается с размера, с проекций, с цвета, а также с пахучего содержимого после того, как пузырь лопнет, сам или с нашей помощью. Устройство, несмотря на его эфемерность, вышло информативно ёмким. К тому же оно использует помимо визуального канала обонятельный, что придаёт выводимой информации дополнительное  измерение. Где применять такое измерение, затрудняются сказать даже сами изобретатели. Но, скажем, лента «Твиттера» на пахучих пузырях заиграет совершенно по-другому, не говоря о «селфи» или «эсэмэс», которые будут жить ровно столько, сколько сами пузыри, — полное совпадение содержания и формы. 

Впрочем, практическое приложение пузырей не так важно, как провозглашённый принцип — в качестве значимых сигналов можно использовать любые управляемые динамические объекты с конечным сроком жизни. В современных мониторах такими объектами выступают светящиеся пиксели из полупроводниковых материалов, которые меняют цвет, загораются и гаснут. Но ничто не запрещает использовать для отображения и передачи данных облака, изменяя локальную концентрацию аэрозолей в атмосфере. Или — любовные феромоны, регулирующие пение сверчков, цвет водорослей в водоёме или узор листьев генномодифицированных растений.

Мы вновь возвращаемся к идее компьютера, связанной не с локальным программированием специального устройства, условного «ундервуда», а с тотальным программированием материи. В случае её реализации, компьютерами будущего могут стать произвольные объекты — организмы, предметы или процессы.

Последнее — не фантастика, так как примеры такого программирования, как видим, уже реализованы. Технически возможно собрать компьютер из вычисляющего таракана и мыльных пузырей, отображающих полученные тараканом данные.

Заметим, что программирование материи меняет не только систему обработки информации и её вывода, но и систему ввода. С точки зрения теории информации, живое вещество, развиваясь, программирует само себя. Используя коды живых программ, можно использовать их для общения с другими живыми существами — биокомпьютерами.

Как, например, в случае с киберовощами.

 

PLEASED: балет кибернетического овоща

Итальянский проект PLEASED — функционирующая система ввода, вывода и декодирования информации о мире, каким его воспринимают овощи. Это — химический состав почвы, атмосферы, режим освещения и полива, а также процессы обмена веществ внутри самого растения. При желании список можно продолжить: информация может быть считана овощем с мухи, прилетевшей опылять цветок. Или — с гусеницы, приползшей его сгрызть. Или — с жучка, заползшего на овощ просто так. Заметьте, всех этих существ тоже можно программировать, передавая растениям нужную информацию, к примеру, через инфекции. И наоборот: используя генную инженерию, то есть изменяя молекулярную организацию растения, можно программировать этими молекулами того, кто этот овощ съест.

В рамках PLEASED разработаны технологии считывания овощных сигналов и превращения их в универсальные цифровые коды, которые, в свою очередь, можно трансформировать во что угодно: в звуки, картинки, тексты и т.д.  Уже выложены в открытый доступ кодовые базы данных огурца и помидора. Очередь — за кабачком, тыквой, свёклой.

Область приложения овощных кодов PLEASED ограничена исключительно нашими фантазиями. На их основе можно построить «умную ферму», которая будет ухаживать за растениями в соответствии с их собственными пожеланиями и самочувствием. Вспомните — биокомпьютерные системы строятся на соучастии. Можно, как это сделали участники  PLEASED, сочинить и станцевать балет на музыку огурцов и помидоров. Или обрабатывать сигналы овощей вычислительными насекомыми, а результаты выводить через серию мыльных пузырей, наполненных аэрозолями, которые отпугивают паразитов. Вариантов множество, возможности, которые открывает программирование материи, бесконечны, и они захватывают. Ведь мир, который создаст новая технология вычислений, станет не тиранией очередных «устройств», а царством одушевляемой реальности. Кажется, это более интересный образ будущего, чем человек, уткнувшийся в экранчик гаджета.

Итак, возвращаясь к «фотографии из будущего», кем он будет? Киборгом, утыканным транзисторами? Пускающим мыльные пузыри мечтателем, заблудившимся в саду из мыслящих деревьев? Компьютерным поэтом, безнадёжно зачарованным своим вычислительным сверчком.

Все материалы Культпросвета