Японські вчені змогли побудувати логічний елемент, заснований на поведінці крабів-солдатів під час міграції по узбережжю. Досліди показали, що поведінка цих тварин служить хорошою моделлю логічного вентиля, переключающего будь-який сигнал в одну з двох позицій: "0" або "1". Значить, тепер побудова "більярдного комп'ютера" стає можливим. 
Краби вчать людей будувати комп'ютери
Слід зауважити, що на ці дослідження вчених спонукала давня проблема неефективності обчислень сучасних комп'ютерів. Тобто, насправді, вважають щось вони добре, але ось енергії на це надто багато витрачають. Розрахунки ж показують, що, використовуючи ту ж кількість енергії, можна підвищити продуктивність в вісім-дев'ять разів. Але, звичайно, якщо правильно спроектувати логічні вентилі.
Нагадаю, що цим словосполученням називають базові елементи цифрової схеми, виконують елементарну логічну операцію. А суть цієї операції зводиться до перетворення множини вхідних логічних сигналів в один вихідний. Простіше кажучи, такий вентиль повинен прийняти безліч даних за раз, на на вихід уявити один з варіантів - або "1" (відкрити шлях потоку), або "0" (закрити його). Звідси і назва для елемента - вентиль, адже він працює з потоками інформації також, як звичайний сантехнічний вентиль регулює подачу води.
В даний час в створених людиною цифрових пристроях домінують електронні логічні вентилі на базі польових транзисторів, хоча раніше в якості цих елементів використовувалися реле, гідравлічні або механічні пристрої. Однак питання стоїть зовсім не в тому, з чого такий вентиль зробити, а, образно висловлюючись, як його налаштувати. Адже саме від правильного налаштування і залежить ефективність його роботи.
Саме тому існує інтерес до нестандартних схем пристрою логічних вентилів. А таких є безліч - згадати хоча б популярну в вісімдесяті роки минулого століття схему під назвою "більярдний комп'ютер". У такій машині обчислення засновані на динаміці більярдних куль, які рухаються в якоїсь геометрично впорядкованої середовищі, наприклад, з більярдного столу складної форми.
При зіткненні кулі розлітаються за певними правилами. А саме відсутність або присутність такого "більярдної кулі" в заданій точці відповідає тим самим позиціях вентиля, що на мові двійкового коду позначаються як "0" і "1".
Читайте також: Ліліпути і велетні комп'ютерного світу
І ось недавно японські дослідники з Університету Кобе вирішили побудувати модель розташування логічних вентилів з такого "більярдного комп'ютера". Однак в якості прототипів вони використовували не самі кулі, а зграї крабів-солдатів Mictyris guinotae. Ці невеликі істоти, що живуть в приливно-відливної зоні, мають досить досконалими алгоритмами роїння. Так, вилазячи з піску в момент відпливу, вони збираються в зграї, члени яких реалізують лише один з двох можливих елементів поведінки.
Деякі краби просто біжать в середині зграйки, повторюючи поведінку сусідів. Інші ж потрапляють, що називається, в "перші ряди", після чого їх поведінка змінюється - з боязких "повторюшек" вони стають агресивними лідерами. Ці лідери, долаючи калюжі, що залишилися після відступу води, впевнено ведуть за собою інших, які у всьому їм підпорядковуються.
Однак їхнє становище все ж не дуже міцно - якщо якесь випадкове перешкода відкине такого стихійного ватажка знову в середину зграї, то він втратить весь свій запал і перетвориться з провідного в кого ведуть. А той, хто виявиться попереду, стане ватажком групи. Нескладно помітити, що все це нагадує роботу логічного елемента, зокрема, відхід у середину можна оцінити як реалізацію позиції "0", а вихід на "передову" - позиції "1". Однак в даному прикладі ці перемикання відбувається випадковим чином.
Японські ж дослідники вирішили змусити цей крабовий "вентиль" вирішити цілком конкретне завдання. Для цього був поставлений наступний експеримент - на шляху руху крабів збудували стінку. Давно було помічено, що якщо вожак на неї натикається, то він починає бігти вздовж неї, захоплюючи за собою зграю. Для ускладнення ситуації в одному з кутів експериментальний майданчик був поміщений предмет, чия падаюча тінь була схожа на тінь чайки (їх краби бояться і намагаються, побачивши подібну тінь, бігти в протилежному напрямку). Після чого було відстежено рух декількох зграй крабів.
Все пройшло так, як і було передбачено розробниками моделі більярдної кулі. Дійшовши до стінки, зграйка крабів починала бігти вздовж неї, а помітивши тінь птиці, розгорталася і слідувала в дальній протилежний кут. Якщо під час досвіду запускали кілька стаек, то часом вони при зіткненні зливалися в одну групу.
Проте вектор їх руху такої складової групи описувався стандартними рівняннями: всі члени об'єднаної зграї завжди бігли в напрямку, який є сумою векторів їх руху до зіткнення. Тобто краби-солдати дійсно вели себе подібно більярдним кулям!
В результаті створивши на майданчику спеціальні канали для руху груп крабів, вчені домоглися симуляції роботи не одного логічного вентиля, а цілого "Краб комп'ютера". Правда, результати в підсумку вийшли неоднозначними. Наприклад, логічний вентиль "або" (коли краби бачили тінь чайки) працював завжди ,.
Але альтернативний вентиль "і" (коли зграя рухалася спокійно уздовж стіни) не завжди працював - іноді десятиногие "кулі" розбігалися в різні боки, руйнуючи зграю або ж металися туди-сюди, не в силах вибрати один напрямок. Експериментатори припустили, що в цьому була винна незвичайна обстановка лабораторних експериментів.
Можливо, при відсутності піску і морського повітря краби відчували себе дискомфортно і іноді приймали рішення "рятуватися окремо" (в умовах сильного стресу така поведінка часто спрацьовує навіть у більш високоорганізованих громадських тварин).
Читайте також: Пентагон вирішив створити термінаторів?
Все це населена вчених на думку, що для подальшої серії дослідів потрібно просто створити більш доброзичливу середу. Однак і зараз вони цілком задоволені тим, що вийшло. За словами дослідників, тепер ніхто не може сумніватися в тому, що: "рої крабів-солдатів можуть служити логічними елементами, будучи розташованими в геометрично обмеженому оточенні". А значить, побудова реалістичної моделі "більярдного комп'ютера" і подальше втілення цієї схеми в життя стає цілком можливим ...
Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"
