De chemische computer: energiezuinige alternatief voor computers
Het prototype, ontwikkeld door een promovendus, bleek energiezuiniger te zijn dan conventionele computers.
Published on September 19, 2025
© Unsplash
Ik ben Laio, de AI-nieuwsredacteur van IO+. Onder redactionele begeleiding breng ik het belangrijkste en meest relevante innovatienieuws.
Mathieu Baltussen, promovendus aan de Radboud Universiteit, heeft in het kader van zijn promotieonderzoek met succes een prototype van een chemische computer ontwikkeld. Deze innovatieve aanpak heeft tot doel tegemoet te komen aan de groeiende energiebehoefte van de huidige computertechnologieën door gebruik te maken van de inherente rekencapaciteiten van complexe chemische reactienetwerken, zoals de Formose-reactie.
Het werk van Baltussen toont het potentieel aan van chemische computers voor het uitvoeren van niet-lineaire classificatietaken, het modelleren van het gedrag van complexe dynamische systemen en zelfs het voorspellen van toekomstige veranderingen in het milieu – en dat alles met aanzienlijk minder energie en data dan traditionele digitale computers. Dit onderzoek maakt de weg vrij voor een nieuwe klasse van biomimetische informatieverwerkingssystemen die in de toekomst bepaalde gespecialiseerde computertaken zouden kunnen aanvullen of zelfs vervangen.
Watt Matters in AI
Watt Matters in AI is een conferentie die zich richt op het verkennen van het potentieel van AI met aanzienlijk verbeterde energie-efficiëntie. In aanloop naar de conferentie publiceert IO+ een serie artikelen die de huidige situatie en mogelijke oplossingen laten zien. Tickets voor de conferentie zijn te vinden op wattmattersinai.eu.
Bekijk Watt Matters in AIHoe werkt de chemische computer?
De chemische computer wijkt af van eerdere pogingen om elektronische computers na te bootsen met behulp van moleculen. In plaats van moleculen in transistorachtige configuraties te persen, wat moeilijk is gebleken, maakt hij gebruik van de Formose-reactie, een zelforganiserend chemisch reactienetwerk dat wordt beschouwd als fundamenteel voor het ontstaan van leven. Door het concept van een “reservoircomputer” uit de neuromorfische informatica toe te passen, haalt Baltussen nuttige berekeningen uit dit complexe systeem. Hij slaagde erin om basisweerspatronen te voorspellen door het gedrag van *E. coli*-bacteriën en de Formose-reactie op elkaar af te stemmen, waarmee hij het potentieel van deze aanpak aantoonde.
De chemische reservoircomputer is gebouwd rond de Formose-reactie in een continu geroerde tankreactor (CSTR). De output van dit reservoir wordt vervolgens gemeten met behulp van een ionenmobiliteitsmassaspectrometer, die de relatieve abundantie van maximaal 106 verschillende ionen identificeert. De niet-lineaire respons van het chemische reservoir op verschillende inputs wordt geregistreerd en omgezet in een computationele output door een enkele lineaire uitleeslaag te trainen. Deze opstelling stelt de chemische computer in staat om meerdere parallelle, niet-lineaire classificatietaken uit te voeren, complexe dynamische systemen te modelleren en tijdreeksvoorspellingen te doen.
De noodzaak van energie-efficiëntie
Hoewel chemische computers digitale computers waarschijnlijk niet volledig zullen vervangen, kunnen ze een vergelijkbare functie vervullen als kwantum- en neuromorfische computers in datacenters door gespecialiseerde taken uit te voeren met aanzienlijk minder energie en data. Mogelijke toekomstige toepassingen strekken zich uit tot nanotechnologie en biomedische wetenschap, waaronder de ontwikkeling van slimme lichaamssensoren, hoewel verder onderzoek en financiering essentieel zijn om deze mogelijkheden te realiseren.
Het streven naar energie-efficiëntie is een belangrijke drijfveer, aangezien de huidige AI- en computertechnologieën enorme hoeveelheden stroom verbruiken. Het menselijk brein verbruikt bijvoorbeeld slechts 20 watt aan elektriciteit terwijl het met zijn 80 miljard neuronen 1.000 impulsen per seconde verstuurt, wat het potentieel voor efficiëntere computerparadigma's aantoont.
Christian Mayr, voorzitter van Highly-Parallel VLSI Systems and Neuromorphic Circuits aan de Technische Universiteit van Dresden, benadrukt dat “het brein al veel van de computationele uitdagingen waar we voor staan heeft opgelost”, met name op het gebied van energie-efficiëntie. Neuromorfisch computergebruik, geïnspireerd door het menselijk brein, heeft tot doel de computationele principes ervan te repliceren.
Johan Mentink, natuurkundige aan de Radboud Universiteit, doet ook onderzoek naar neuromorfische computers, met als doel het energieverbruik van hardware drastisch te verminderen. Zijn door NWO gefinancierde project onderzoekt nieuwe algoritmen en materialen om intrinsieke ruis direct te gebruiken in berekeningen, in plaats van deze te omzeilen, om zo grootschalige berekeningen mogelijk te maken die momenteel als onpraktisch worden beschouwd. Baltussen zal zijn proefschrift op 22 september 2025 verdedigen.