Wetenschappers van de Universiteit Twente hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee chemische reacties nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd met behulp van metaalionen. Deze ontdekking brengt de wetenschap dichter bij de realisatie van computers die functioneren zoals het menselijk brein. Hun onderzoek werd gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
De natuur als inspiratiebron voor technologie
In de natuur verlopen veel processen, zoals de reacties in levende organismen, op een energiezuinige manier. Dit contrast met de energievretende rekenprocessen van moderne digitale computers heeft wetenschappers al decennia geïnspireerd om te zoeken naar alternatieve manieren om informatieverwerking na te bootsen. Een veelbelovende aanpak is het gebruik van moleculen als rekeneenheden.
Het onderzoek van de Universiteit Twente is een grote stap voorwaarts in dit domein. Door gebruik te maken van metaalionen, slaagden de onderzoekers erin om complexe wiskundige functies zoals polynomialen (bijvoorbeeld rechte lijnen en parabolen) en logische Boolean functies te reproduceren met chemische reacties. Deze reacties kunnen, afhankelijk van de input, verschillende uitkomsten opleveren, vergelijkbaar met logische poorten in computers.
Chemische reacties met een geheugen
Een van de meest opmerkelijke resultaten van het onderzoek is dat de chemische reacties niet alleen reageren op hun huidige omgeving, maar ook informatie kunnen ‘onthouden’ van eerdere toestanden. Volgens onderzoeker Albert Wong is dit een mogelijke bouwsteen voor de ontwikkeling van intelligente systemen. Het team wist de snelheid van autocatalytische reacties – chemische reacties die zichzelf versnellen – te controleren met metaalionen.
Dit proces werd toegepast op de omzetting van trypsinogeen naar trypsine, een enzym dat van groot belang is in de spijsvertering. Door een stof toe te voegen die deze omzetting vertraagt, creëerden de onderzoekers een systeem dat in twee stabiele toestanden kan blijven. Dit gaf het systeem de mogelijkheid om tijdelijk informatie op te slaan, wat een vorm van chemisch geheugen oplevert.
Toekomstige toepassingen in kunstmatige intelligentie
De mogelijkheid om chemische reacties te programmeren en informatie op te slaan opent de deur naar nieuwe toepassingen in kunstmatige intelligentie en de ontwikkeling van slimme materialen. Deze chemische netwerken kunnen in de toekomst bijdragen aan de ontwikkeling van zogenaamde “breincomputers”, die net als het menselijk brein in staat zijn om informatie efficiënt en op een energiebesparende manier te verwerken.
Daarnaast kan dit onderzoek van grote waarde zijn in andere wetenschappelijke disciplines, zoals nanobiotechnologie en het onderzoek naar de chemische oorsprong van het leven. De mogelijkheden om deze chemische reacties te sturen en te manipuleren kunnen wetenschappers helpen bij het creëren van nieuwe technologieën en inzichten.
