Científicos australianos han creado una computadora analógica en forma de tobogán de agua, en la que la información se almacena en un solitón, una onda superficial que se propaga en un medio no lineal y al mismo tiempo conserva su forma y velocidad. Esta computadora se puede usar para predecir el comportamiento caótico de sistemas complejos. Así lo informa un artículo publicado en la revista Europhysics Letters.

Una computadora analógica se basa en los llamados cálculos de reservorio, cuando la dinámica interna no lineal de un medio se usa para cálculos complejos. El cerebro biológico puede servir como un reservorio de este tipo, donde la dinámica no lineal de la actividad neuronal se utiliza para predecir el comportamiento caótico de sistemas complejos. Las neuronas forman una red de conexiones aleatorias que transforman señales variables en el tiempo en un patrón específico (patrón) de actividades.

Un reservorio que consta incluso de un pequeño número de neuronas resuelve ciertos problemas prácticos de manera más eficiente que un programa de computadora que se ejecuta en una supercomputadora. Los científicos sugirieron que un determinado patrón que depende de una señal variable en el tiempo (serie temporal) se puede representar como un solitón, y el depósito en este caso es agua que fluye por una superficie inclinada. Sin embargo, hasta ahora no ha habido implementaciones experimentales de tal idea.

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En el nuevo estudio, los científicos presentaron la señal variable en el tiempo como una serie de unos y ceros. En este caso, la unidad corresponde al cambio de presión del agua, que se derrama de la manguera sobre una superficie inclinada durante 0,25 segundos, y el cero corresponde a una presión constante durante 0,25 segundos. Los intervalos de tiempo elegidos son óptimos para la generación de solitones en la superficie del agua que fluye.

Una serie de ceros y unos alternados genera solitones separados por intervalos iguales, y una señal en forma de serie aleatoria genera un perfil complejo de diferentes ondas, cuya altura no siempre coincide con ceros y unos. Esto se debe a que las ondas de gran amplitud chocan con las ondas de baja amplitud y las absorben. Este principio subyace en la memoria de una computadora analógica y es similar a un sistema de neuronas que retiene rastros de actividad previa que afectan el procesamiento de nuevos datos de entrada. Para simular la actividad de 40 neuronas, la señal del solitón que representa una serie aleatoria se dividió en pequeños pasos discretos.

Para visualizar las ondas, se utilizó un tinte luminiscente y una cámara especial. Para probar la computadora del reservorio, se utilizaron series temporales de Mackey-Glass, que se caracterizan por un comportamiento caótico no lineal y se utilizan para describir el funcionamiento cíclico de sistemas biológicos complejos (por ejemplo, ritmos circadianos). Esta vez, la presión del agua no cambió a impulsos, sino de forma continua. El perfil de solitón obtenido de la primera mitad del conjunto de datos de entrada permitió a los científicos predecir con gran precisión cada paso siguiente en la caótica serie temporal de la segunda mitad del conjunto utilizando la información de los pasos anteriores.