49、从振荡反应到机器人技术：化学、物理与计算的奇妙之旅

从振荡反应到机器人技术：化学、物理与计算的奇妙之旅

1. 引言

现代社会高度依赖信息。随着大数据时代和物联网的到来，对快速且节能的信息获取、传输、处理和存储设备的需求日益增长。然而，信息存储和处理是一项极其耗能的任务。2016 年，全球数据中心估计消耗了超过 416 太瓦时的电能，超过了同期英国的用电量（300 太瓦时）。据估计，约 3.2%的人为二氧化碳排放源于高性能计算。此外，超级计算中心的能耗每四年就会翻倍。因此，寻找新颖、受生物启发且节能的计算技术成为了具有社会和环境重要性的领域。

另一方面，大自然创造了基于生物硬件的极其复杂且节能的计算系统——人类大脑。大脑的大脑皮层约有 100 - 200 亿个神经元，小脑还有 550 - 700 亿个神经元。神经元之间大量的连接造就了其结构的复杂性，每个神经元最多可与其他神经元形成 10⁴ 个突触连接。因此，这个拥有 9×10¹⁰ 个节点和 4×10¹⁴ 条动态加权链接的网络是难以复制的，尽管人们付出了巨大努力，但它的结构和能力仍有许多未知之处。这种惊人的结构赋予了我们创造力和智慧，也推动了对模仿大脑某些功能（如语音或面部识别）的计算系统的研究，这属于人工智能（AI）的范畴。

大多数软硬件 AI 实现尝试使用数字（二进制）和严格确定性的算法来模仿神经系统的复杂性，这只是经典图灵机发展的下一步。人造系统（希望如此）缺乏创造力，其目标由人类制定并嵌入硬件和/或软件中。尽管开发真正有创造力的 AI 通常被比作打开潘多拉魔盒，就像灾难性科幻电影中所展现的那样，但该领域的研究仍在如火如荼地进行着。AI 的概念也渗透到了其他科学领域，包括化学和材料科学。因此，分子逻辑、分子计算、非常规计算和物质内计算等独立但部分重叠的研究领域应运而生。