Annonceinfo

Selv-reparerende computer opfundet på DTU

Et forskerteam fra DTU har udviklet en biologisk inspireret computer, der er i stand til at reparere sig selv – en revolutionerende nyhed, der åbner for utrolige muligheder i fremtiden.

eDNA er teknologien, der kan lade computere regenerere ud fra samme egenskab, som vi mennesker kan. Michael Riebel Boesen har fuldført sit arbejde i NASA's primære teknologicentrum med adresse i Californien. (Foto: NASA)

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:

eDNA ligner ikke terminator-robotten fra filmene af samme navn, men den har nogle af de samme egenskaber. (Foto: popculturegeek.com)

»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.

Fakta

LÆS OGSÅ

Terminator Dystopia

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
eDNA kan måske hjælpe NASAs robotter med at finde ud af, om der er eller har været forudsætning for bakterielt liv på Mars. (Foto: Maas Digital LLC for Cornell University and NASA/JPL)

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

Partnerartikel

Artiklen bringes i samarbejde med: Danmarks Tekniske Universitet

Danmarks Tekniske Universitet

Anker Engelunds Vej 1, 101A 2800 Kgs. Lyngby
Tlf.: +45 4525 2525
E-mail: dtu@dtu.dk

DTU er et selvejende universitet med uddannelse, forskning, myndighedsbetjening og innovation.  

Universitetets hovedopgaver udføres af p.t. 18 institutter og et nationalt laboratorium, på campus i Lyngby nord for København, men også på en række andre lokaliteter i København, samt på Sjælland og i Jylland.

DTU har ca. 7.000 studerende og 4.500 ansatte, hvoraf 2250 er forskere.

Universitetet har medvirket ved etableringen af en række alliancer blandt førende tekniske universiteter.

På europæisk plan indgår DTU sammen med TU München og TU Eindhoven i "European University Alliance in Science and Technology" og på nordisk plan indgår DTU i "Nordic 5 Tech".

Endelig er DTU partneruniversitet med Rensselaer Polytechnic Institute i dets omfattende udvekslingsprogram "REACH" og har en strategisk studieudvekslingsaftale med KAIST i Sydkorea.

Læs på DTU

Civilingeniøruddannelser

Diplomingeniøruddannelser

Kandidatuddannelser

 

Hvis du vil vide mere om uddannelser på DTU

Seneste artikler fra Danmarks Tekniske Universitet

SV:Overskriften - er det ikke at "smøre lidt tykt på" ?

Som jeg læser artiklen er der tale om massiv redundans (altså inaktive backup-systemer, som kan overtage enhver opgave) men ikke nogen form for "heling" af skader, blot det at inaktive elementer aktiveres, når der er brug for det ?
 
Mvh Kim

Heh - cool overskrift! :)
Jo du har i princippet ret - det er sådan vores nuværende prototype fungerer. Der er selvfølgelig et trade-off omkring hvor "homogene" cellerne skal være. Og formentlig vil der være noget at hente der.
Som du også kan læse på Ingeniørens debat arbejder vi pt. på en dynamisk op/ned scalering af antallet af opgaver pr. celler. Fx, hvis din applikation fylder 10 celler når hver celle udfører en opgave. Du kan så dynamisk skalere dette antal op til fx 2 og på denne måde halvere det footprint din applikation har på cellerne, således at dette eksempel ville gå fra 5 og 10 celler. Det kan lade sig gøre på grund af den måde vores DNA bliver beskrevet og fortolket på. På denne måde kan du frigøre "spare-celler" når du har brug for det og samtidig også skalere performance op og ned efter ønske. Det skal lige tilføjes at det er ikke noget vi har i prototypen endnu, men blot i vores "hardware-nære" simuleringsmodel.

Overskriften - er det ikke at "smøre lidt tykt på" ?

Som jeg læser artiklen er der tale om massiv redundans (altså inaktive backup-systemer, som kan overtage enhver opgave) men ikke nogen form for "heling" af skader, blot det at inaktive elementer aktiveres, når der er brug for det ?
 
Mvh Kim

SV:Spild af tid

Det var godt nok forfædeligt spild at tid at læse denne artikel. Der er masser af reklame for hvad denne teknologi skal gøre godt for - men næsten ingen info om hvad det er. Er det fysisk selv reparation? eller digital selv reparation.
Hvis det foregaar digitalt - hvad er saa forskellen/fordelen frem for alm. check summer og spejling af data? Hvorfor koerer det ikke paa en alm. comp.?
Hvis det er fysisk - taler vi om en helt ny Si baseret opbygning, hvor smaa 'celler' flyder rundt - jeg tvivler!!

Hej Hans-Peter
Først og fremmest kan jeg henvise til Ingeniørens artikel her:http://ing.dk/artikel/112946-selvreparerende-computer-fra-dtu-skal-bruges-i-rummet Denne indeholder en del detaljer og så er der også en rigtig god debat hvor vi har forsøgt at klargøre nogle ting.
Kort og kontant fortalt så er eDNA arkitekturen en dynamisk rekonfigurerbar platform som består af et array af celler. Hver celle består af en lille processor. Processoren programmers baseret på "DNA'en" som helt præcist er en "encoded task graph", som hver celle indeholder. Idet hver celle indeholder alle informationer nødvendige for at eksekvere en hvilken som helst task i task graphen kan en hvilken som helst celle udføre en hvilken som helst task i denne graph. Dette udnytter vi til at hver celle udfører en "skygge-task" som en anden celle også udfører på denne måde får en vi en slags triple moduar redundancy (der er detaljer nok til en hel roman som ikke er inkluderet her). Når en fejl så opdages udnytter vi igen det faktum at hver celle indeholder komplet information om task-graphen og kan derved blot bede en anden celle om at udføre den fejlende celles task.
På denne måde har du helt ret: Nej det er ikke fysisk reparation men simpelthen en omprogrammering af chippen.
Som sagt kan jeg referere til ovenstående Ingeniør link for flere detaljer ellers skal du være velkommen til at skrive igen.
Beklager den sene svar tid i øvrigt, jeg havde først opdaget nu at nogen havde skrevet kommentarer til artiklen... Sorry
Mvh
Michael

Spild af tid

Det var godt nok forfædeligt spild at tid at læse denne artikel. Der er masser af reklame for hvad denne teknologi skal gøre godt for - men næsten ingen info om hvad det er. Er det fysisk selv reparation? eller digital selv reparation.
Hvis det foregaar digitalt - hvad er saa forskellen/fordelen frem for alm. check summer og spejling af data? Hvorfor koerer det ikke paa en alm. comp.?
Hvis det er fysisk - taler vi om en helt ny Si baseret opbygning, hvor smaa 'celler' flyder rundt - jeg tvivler!!

Seneste fra Teknologi

Deltag i Unge Forskere 2015

Annonceinfo
Annonceinfo

Annonceinfo

Abonner på vores nyhedsbrev

Når du tilmelder dig, deltager du i konkurrencen om lækre præmier.

Mest sete video

Annonceinfo

Seneste kommentarer

Seneste blogindlæg