Selv-reparerende computer opfundet på DTU

Forestil dig en computer, der er opbygget af celler med en form for dna-kodning, som selv kan finde frem til defekter og reparere dem uden menneskelig indblanding.

Det har indtil nu været ren science fiction og blandt andet det, der gjorde Terminator-filmenes robotter ekstra robuste og virkelighedsfjerne på lærredet.

Nu er det ikke science fiction mere, for det er – kort fortalt – hvad et forskerhold på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) har formået at skabe grundlaget for.

En maskine, der kan regenerere sig selv

Inspirationen til denne opfindelse stammer selvfølgelig fra menneskekroppens ufattelige evne til at reparere sig selv.

Det er denne egenskab, professor Jan Madsen og hans forskerteam har forsøgt at efterligne i det forskningsarbejde, de har navngivet eDNA (elektronisk dna):

»Menneskets evne til at hele er på mange måder inspirerende. Jeg har altid været fascineret af koblingen mellem den biologiske verden og computer science,« fortæller professor og sektionsleder på DTU Informatik Jan Madsen og tilføjer:

»Traditionelle elektroniske systemer er enormt sårbare sammenlignet med de biologiske systemer, så det har været oplagt at forsøge at koble de to verdener for at finde noget, der virkelig er robust.«

Terminator-look-alike

Bevæbnet med nuller, ettaller, matematiske modeller og en stor portion tålmodighed har Jan Madsen sammen med de to ph.d.-studerende Pascal Schleuniger og Michael Reibel Boesen i godt tre år arbejdet på konceptet omkring eDNA.

Resultatet af de mange års tanker og anstrengelser står nu i et kontor på DTU Informatik.

Men selvom resultatet meget firkantet sagt er en kloning mellem et menneskes evner og en computer, så må vi skuffe jer læsere og afsløre, at den ikke ligner Arnold Schwarzenegger.

EDNA-computeren ligner en helt almindelig computer.

Men indeni er den nærmest lige så revolutionerende som robotterne fra filmene.

Computeren er opbygget af mange små celler, ligesom os mennesker.

Adapteret af NASA

»I udgangspunktet er alle computerens celler at betragte som stamceller. Det vil sige de har endnu ikke fået en bestemt opgave, de skal udføre. Når eDNA-computeren skal udføre en bestemt opgave, så bliver opgaven kodet i en sekvens, som minder om den menneskelige celles dna,« forklarer Jan Madsen og fortsætter:

»Samtlige celler får tilført denne dna-sekvens og kan ud fra deres position bestemme, hvilken del af dna’et der bestemmer, hvilken delopgave de skal have. På den måde gror en organisme frem af computerens celler, og det er det, der gør computeren – næsten – udødelig. For de celler, der ikke har faste opgaver, står således bare standby til at rykke ud, hvis nogle af de arbejdende celler sætter ud eller dør.«

Pointen er, at den selv-reparerende computer i kraft af de mange ekstraceller, altså stamceller, der endnu ikke har fået en opgave, kan tåle flere fejl, inden den dør. Det er blandt andet det, der gør teknologien ekstremt interessant for NASA, som har adapteret projektet til fremtidige rummissioner.

Skal kunne klare mest ekstreme forhold

Når NASA affyrer en satellit med kursen rettet mod verdensrummet, bliver det ubemandede fartøj og alt dets isenkram, udsat for nogle af de mest ugæstfri forhold, man kan forestille sig. Der er store rystelser fra opsendelsen og rejsen ud i kosmos, der i sig selv kan tage livet af enhver almindelig computer – for ikke at tale om de ekstreme temperaturforskelle.

Når satellitten har nået sin destination, som ofte er omkring 800 km fra jordens overflade, skal satellittens udstyr kunne modstå radioaktive stråler fra solen.

Radioaktive stråler, der er så kraftige, at de meget nemt kan gå ind og påvirke en chips funktioner eller et program i en af satellittens computere.

Derfor var NASA ikke sene til at invitere forskerteamet fra DTU Informatik inden for de tykke og sikkerhedstunge mure, da først man blev bekendt med eDNA-computerens egenskaber.

eDNA kan hjælpe med at finde liv i rummet

»Robusthed og sikkerhed er to af NASAs absolutte fokusområder. Min mission er at få NASA overbevist om, at eDNA kan gøre en satellit og de informationer den indsamler og sender ned til jorden hurtigere og mere pålidelige på samme tid,” fortæller ph.d.-studerende Michael Reibel Boesen.

Michael Reibel Boesen har de seneste tre måneder haft fast kontor i hjertet af NASAs Jet Propulsion Laboratory, der er NASAs primære teknologicentrum med adresse i Californien. På den 27-årige forskers kontor står der en tro kopi af det spektrometer, NASA anvender, når de forsøger at finde liv i rummet. Det er Michael Reibel Boesens opgave at implementere eDNA i spektrometret.

»Det er en drengedrøm, der er gået i opfyldelse! Det at være med til at lave teknikken, som måske kan finde liv på Mars, det er enormt spændende – det er jo vor tids opdagelsesrejse,« fortæller Michael Reibel Boesen begejstret.

Uden eDNA går opdagelsen måske tabt

I atmosfæren omkring Mars er der forskellige former for gasser, der kan afsløre, om der er – eller har været – bakterielt liv.

NASA forsøger at indsamle viden om de forskellige gasser ved hjælp af spektrometret. Men de meget eftertragtede oplysninger kan meget vel gå tabt på grund af de radioaktive stråler:

»Strålerne kan med deres elektromagnetiske bølger gå ind og påvirke hukommelsesblokken. Sker det, kan det have fatale følger.«

»De informationer, spektrometret indsamler, gemmer den måske ikke – eller også bliver den forstyrret, regner forkert og gemmer nogle forkerte koder.«

»I værste fald kan spektrometret afsløre informationer om liv, som aldrig bliver formidlet videre. Ved hjælp af eDNA kan vi forhåbentlig gøre spektrometret så solidt, at det vil kunne modstå strålingen,« fortæller Michael Reibel Boesen.

Kan sikre mod milliardtab

Endnu har Michael Reibel Boesen en hel del implementeringsarbejde tilbage, før han er klar til at demonstrere eDNA for NASA. Men når demoen står klar i november 2010, er håbet, at NASA også vil have ham til at implementere eDNA i andre af satellittens mange computere:

»Det kunne også være interessant at få eDNA til at virke i rumsondens navigationsudstyr. De radioaktive stråler kan også her gå ind og forstyrre signalerne, så rumsonden pludselig ikke kan finde ud af at pege antennerne ned mod jorden.«

»Det betyder jo i værste fald, at NASA ikke kan komme i kontakt med rumsonden og få de informationer, den indsamler. Sker det, har man i værste fald spildt i omegnen af 800 millioner dollar, som en ekspedition til verdensrummet typisk koster,« fortæller Michael Reibel Boesen.

Fremtidens hjemmecomputer

Hjemme i Danmark på Richard Petersens Plads sidder professor Jan Madsen og krydser fingre for, at Michael Reibel Boesen vender hjem med gode resultater.

For hvis forskerteamet kan overbevise NASA om den selv-reparerende computers evner, så kan det være et spørgsmål om tid, før vi alle sammen har en computer, der aldrig kollapser.

»Vi lever i en verden, hvor alle efterspørger robusthed, ikke kun inden for den medicinske verden og i NASAs hovedkvarter, men også helt almindelige brugere af computere som du og jeg. Min drøm – og mit håb – er naturligvis, at eDNA bliver udbredt til mange flere,« slutter Jan Madsen med et beskedent smil.

Lavet i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet