Onderzoeker Mathieu Baltussen van de Radboud Universiteit heeft met zijn team een computer ontwikkeld die grotendeels niet draait op elektriciteit, maar op chemische reacties. Het grote voordeel: zo’n apparaat slurpt potentieel veel minder energie dan een traditionele computer.
De chemische computer maakt gebruik van een natuurlijk proces genaamd een formosereactie. Bij dit proces zetten eenvoudige moleculen zoals formaldehyde, dihydroxyacetone, natriumhydroxide en calciumchloride zich om in complexe suikerverbindingen. Door de mix van chemicaliën te veranderen, ontstaan unieke mengsels. Met een apparaat genaamd een massaspectrometer wordt vervolgens gemeten welke moleculen daarbij vrijkomen. Kunstmatige intelligentie leert ten slotte herkennen welke patronen bij de berekeningen horen.
Dit klinkt allemaal behoorlijk ingewikkeld, en dat is het ook. Wat je moet onthouden, is dat deze opstelling gebruikt kan worden om ingewikkelde berekeningen uit te voeren. Die kunnen worden gebruikt voor allerlei praktische zaken, bijvoorbeeld het voorspellen van de werking van complexe biologische netwerken zoals de stofwisseling in bacteriën. Hiervoor is minder energie nodig dan wanneer onderzoekers een hoop aparte computerchips gebruiken.
Niet de eerste poging
Onderzoekers hebben dit al eerder geprobeerd. Alleen is het niet eenvoudig. Baltussen zegt in een persbericht van de Radboud Universiteit dat hij voor zijn versie keek naar de natuur. “Een bacterie is op zoek naar voedsel en scant de omgeving bijvoorbeeld af op zuurstof. Dat doet zij met behulp van chemische reacties. Dit kan je zien als informatieverwerking, een soort berekening – en dat is in principe wat er ook in een computer gebeurt.”
Computers slurpen energie
De noodzaak voor zulke innovaties is echter groot, want onze huidige computers verbruiken steeds meer stroom. Datacenters alleen al nemen nu ongeveer 1 procent van het wereldwijde energieverbruik voor hun rekening, en dat gaat alleen maar toenemen door de opkomst van kunstmatige intelligentie en cloudopslag. Chemische computers zouden dat voor bepaalde toepassingen kunnen veranderen, omdat moleculen van nature efficiënt informatie verwerken zonder extra energie voor opslag of verplaatsing. Een goed voorbeeld is hoe cellen in ons lichaam signalen verwerken en hun evenwicht bewaren; dat zijn allemaal chemische processen die heel zuinig zijn.
Basislogica zoals een computer
De prestaties van dit systeem zijn al indrukwekkend. Het kan basislogica uitvoeren, zoals AND- (waarbij twee signalen allebei ‘aan’ moeten staan om resultaat te geven), OR- (waarbij één van de twee signalen genoeg is) en XOR-bewerkingen (waarbij het resultaat alleen ‘aan’ is als precies één van de twee signalen actief is). Het kan ook gegevens in vooraf bepaalde categorieën indelen. Bij het voorspellen van bacteriële stofwisseling presteert het even goed als speciale computermodellen. Nog beter is de voorspelling van chaotische patronen: het systeem kijkt tot twee minuten vooruit, zelfs in experimenten die uren kunnen duren. Dat is vergelijkbaar met wat traditionele machine learning doet, maar dan met een eenvoudig chemisch mengsel dat constant doorstroomt.
Nog verre van perfect
Toch is de technologie nog niet perfect. Er zijn bijvoorbeeld elektronische hulpmiddelen nodig om de resultaten uit te lezen en de berekeningen duren langer dan bij gewone computers. Een belangrijke volgende stap is dan ook een volledig chemische manier om uitkomsten te zien, bijvoorbeeld via kleurveranderingen in het mengsel. De wetenschappers hebben al aangetoond dat verschillende chemische samenstellingen unieke kleuren kunnen opleveren. Dat kan als visuele output dienen.
Op de langere termijn opent dit de deur naar materialen die informatie volledig zelf verwerken via chemische reacties, zonder computerchips. Dat zou handig kunnen zijn voor autonome systemen, sensoren die biochemische veranderingen opsporen, of zelfs koppelingen met levende organismen. Praktische toepassingen liggen echter nog jaren in de toekomst. “Er moet eerst veel meer onderzoek komen – en er moet dus veel meer geld beschikbaar zijn – om dit nog verder te kunnen ontwikkelen”, concludeert Baltussen in het persbericht.
