Pčele oblikuju elektroničke čipove nove generacije, evo kako

Pčele se snalaze u svojoj okolini sa zapanjujućom preciznošću. Njihovi mozgovi su postali izvor inspiracije za dizajniranje sićušnih čipova male snage koji bi jednog dana mogli voditi minijaturne robote i senzore. Kada pčela napusti gnijezdo, ona već ima svoju verziju GPS-a u glavi. Analizirajući uzorke na nebu i brzinu leta, pčela može pratiti svoju lokaciju i sigurno se vratiti kući. Fascinirani tom spoznajom istraživači se nadaju da će uspjeti promijeniti način na koji se kreću današnja računala.

Priču o tome kako istraživači stvaraju elektroničke čipove, inspirirani mozgovima pčela i njihovim utjecajima na polje robotike, za ugledni znanstveni portal Innovation News Network donosi Tom Cassauwers.

“Pčela pronalazi put natrag bez pametnog telefona ili satelitske navigacije”, ističe dr. Anders Mikkelsen, profesor na Sveučilištu Lund u Švedskoj. "Pčele pronalaze put gledajući polarizaciju neba i svoju brzinu. To im je putokaz da se ne izgube."

Dr. Mikkelsen je dio skupine znanstvenika u inicijativi pod nazivom InsectNeuroNano koju financira Europska unija. Znanstvenici uključeni u tu inicijativu žele replicirati pčelinji interni navigacijski sustav na računalni čip. Današnji elektronički čipovi već mogu oponašati kako pčele pronalaze put kući, ali pčele to rade mnogo učinkovitije od računala.

“Ako uzmete lagani čip, on teži više od 80 grama i troši više od 7 vata energije,” rekao je dr. Mikkelsen, koji koordinira inicijativu. "Pčela je teška ispod jednog grama i koristi manje od jedne stotinke vata za napajanje svog mozga. Zamislite da možete napraviti tako učinkovit čip."

To je upravo ono što Mikkelsenov tim, kojeg čine istraživači sa sveučilišta i laboratorija iz pet europskih zemalja, namjerava učiniti. Inspirirani pčelama pokušavaju izumiti elektronički čip koji može sam odrediti svoju poziciju. Ovaj će čip biti manji i učinkovitiji od svega što je trenutno dostupno za ovu vrstu navigacijskih zadataka.

Futuristički čip bi se mogao koristiti u bilo čemu, od jeftinih ekoloških senzora do robota nalik kukcima koji čiste okoliš.

"S ovim bismo mogli napraviti male robote veličine kukca", rekao je Mikkelsen. "To bi bilo kao da imate koloniju pčela, ali joj morate govoriti što da radi. Možete, na primjer, koristiti ove male robote za čišćenje onečišćenja, izgradnju strukture ili umjetno oprašivanje polja."

Navigacija

Ali zašto je pčelinji mozak učinkovitiji od čipa? Današnji standardni čipovi su svestrani i napravljeni za obavljanje različitih zadataka. Na primjer, središnja procesorska jedinica – “mozak” računala – omogućuje nam slanje elektronske pošte, učitavanje web stranica i uređivanje tekstualnih dokumenata.

Specijaliziraniji čipovi, poput grafičkih kartica, obrađuju sve, od fotografija mačaka do složenih svjetova videoigara.

Čip koji InsectNeuroNano tim dizajnira predodređen je da radi samo jednu stvar. Koristi signale sa svjetlosnog senzora pričvršćenog na čip, plus brzinu, kako bi odredio svoj položaj.

Čip je visoko specijaliziran, poput pčelinjeg mozga, koji je evoluirao za učinkovitu navigaciju, a ne za svestranost. To se može činiti kao ograničenje, ali omogućuje da čip bude malen i energetski učinkovit.

"Naš čip može obaviti samo jedan zadatak", kaže dr. Mikkelsen. "Ali to može učiniti iznimno učinkovito i u maloj veličini. To je potpuno drugačija strategija od ostalih računalnih čipova."

Od pčelinjeg mozga do čipa

Biolozi i inženjeri uključeni u istraživački tim rade na prenošenju uvida iz svijeta insekata u svijet računalnog dizajna. Profesorica Elisabetta Chicca sa Sveučilišta u Groningenu u Nizozemskoj, koja se specijalizirala za elektroničke krugove i sustave inspirirane biologijom, jedna je od njih. "Za neke probleme priroda je već pronašla rješenje koje je kompaktno, malo snage i učinkovito", navodi dr. Chicca. "Mozgovi insekata nude jedno takvo rješenje. Ne znamo sve o njima, ali znamo dovoljno da počnemo graditi sustav elektroničkih čipova nove generacije."

Oslanjajući se na uvide biologa, Chicca je izradila virtualne modele čipova. Taj je zadatak otežan činjenicom da mozgovi pčela još uvijek nisu u potpunosti razjašnjeni. "Morate postaviti hipoteze o tome kako pčelinji mozgovi funkcioniraju kako biste ih mogli prevesti na čipove", ističe dr. Chicca.

Takva istraživanja korisna su i za biologe. Na primjer, modeli čipova mogli bi predložiti kako bi određeni krugovi u mozgu kukca mogli biti povezani. “Učimo od biologa”, ističe Chicca. "Ali i biolozi uče od nas. Sjajno je to vidjeti."

Prvi koraci za robote pčele

Istraživanje pomaže u preispitivanju načina rada čipova. Obično čip šalje električne signale između svojih komponenti putem žica. To je bio dominantan model računalstva desetljećima.

Umjesto toga, InsectNeuroNano inicijativa koristi nanofotonske krugove koji vode svjetlost kroz sićušne strukture na čipu u procesu koji se naziva fotonsko računalstvo.

"Možete poslati više podataka sa svjetlom na energetski učinkovitiji način", kaže dr. Mikkelsen. "Također, naš senzor detektira svjetlost, tako da ga koristimo za osjetila i razmišljanja, što pojednostavljuje stvari. Oboje je vrlo važno ako želimo čip veličine mozga kukca."

Do sada su istraživači – čiji projekt traje do rujna 2026. – stvorili prvi prototip čipa u laboratorijskim uvjetima koji oponaša rad mozga kukaca.

Ipak, prema Mikkelsenu, trebat će oko 10 godina da ova tehnologija pronađe svoj put u stvarni svijet. Izrada ovako malih čipova, uz korištenje novih načela dizajna kao što je nanofotonsko računarstvo, je komplicirana. Ipak, rad tima već je pomogao da se tehnologija pomakne naprijed, a istraživači su u tom procesu mnogo naučili.

“Ima mnogo koraka koje još moramo poduzeti prije nego što budemo imali pčelu robota koja leti okolo”, ističe dr. Mikkelsen.

Iako još uvijek zahtijeva godine istraživanja, ovaj istraživački rad otvorio je put robotima veličine kukca koji bi jednog dana mogli navigirati čitajući nebo, baš poput pravih pčela.

Izvori: Horizon; Innovation News Network.