من إلهام الطبيعة.. شكل جديد للحوسبة باستخدام الضوء

تقرأ المادة الموجودة في المكعب وتتفاعل بطريقة بديهية مع الضوء بنفس الطريقة التي يتحول بها النبات إلى الشمس، أو كما تغير سمكة الحبار لون بشرتها.

فريحة محمود طالبة الماجستير هي مؤلفة مشاركة في كتابة الورقة البحثية الجديدة التي تقترح شكلا جديدا من أشكال الحوسبة، وساعدها طلاب الدراسات العليا في الكيمياء الذين قاموا بالدراسة تحت إشراف كالايشيلفي سارافاناموتو، وهي أستاذة مشاركة في الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية، ويركز مختبرها على الأفكار المستوحاة من النظم البيولوجية الطبيعية.

مواد مستقلة ذاتياً
تمكن الباحثون من استخدام عمليتهم الجديدة لحل أسئلة الجمع والطرح البسيطة، وتقول سارافاناموتو “هذه مواد مستقلة ذاتيا تستجيب للمنبهات وتقوم بعمليات ذكية، نحن متحمسون للغاية لأن نكون قادرين على القيام بالجمع والطرح بهذه الطريقة، ونفكر في طرق للقيام بوظائف حسابية أخرى”.

ويمثل عمل العلماء -الذين نشر بحثهم في مجلة “نيتشر كوميونيكيشنز” بتاريخ 24 مايو/أيار 2019- شكلا جديدا تماما من الحوسبة، حيث يقولون إنه يحمل وظائف معقدة ومفيدة لم يتم تخيلها بعد.

الديناميات غير الخطية
شكل الحوسبة الجديد محدد للغاية يعمل بالكامل ضمن الطيف المرئي للضوء، وتشكل هذه التكنولوجيا الجديدة جزءا من فرع من الكيمياء يسمى الديناميات (الديناميكا) غير الخطية، وتستخدم المواد المصممة لإنتاج تفاعلات محددة للضوء.

يمرر الباحث خطوطا من طبقات الضوء خلال الجزأين العلوي والجانبي من علبة زجاجية صغيرة تحمل “بوليمر” بلون العنبر، ويبدأ البوليمر كسائل ويتحول إلى هلام كرد فعل للضوء بعد ذلك.

ويمر شعاع ناقل محايد عبر المكعب من الخلف باتجاه كاميرا تقرأ النتائج وينكسر من خلال المواد الموجودة داخل المكعب، والتي تتشكل مكوناتها تلقائيا في الآلاف من الشعيرات (وهي أسلاك دقيقة للغاية تتكون من بوليمرات مرتبطة بروابط تساهمية) التي تتفاعل مع أنماط الضوء المختلفة لإنتاج أنماط جديدة ثلاثية الأبعاد تعبر عن النتيجة.

وتقول فريحة محمود “لا نريد التنافس مع تقنيات الحوسبة الحالية، نحن نحاول بناء مواد ذات استجابات أكثر ذكاء ومتطورة”.

وتشير إلى أنهم في هذا البحث يعرضون مكعبا من البوليمر الضوئي يتعرف تلقائيا على الأنماط وينقلها.

ونظراً لتنوع بنية هذه المادة واستجابتها لمجموعة من المحفزات الفيزيائية والكيميائية فإن هذه البوليمرات تبشر بتوليد شكل خاص من “المواد التي تحسب” أو المواد ذات القدرة على إجراء عمليات حاسوبية.