利用自然:数据与计算

这是节选自点击Terrapin Bright Green的《自然》报告．

数据是一种信号。信息是信号的意义，而知识则是在这个意义上对模式的识别。智能——将数据转化为知识的能力——在传统计算中还没有实现。

计算机可以进行数值计算，但它们不能像生物那样学习或处理复杂的情况。即使是人类的智慧也无法与生物进化的不断优化设计相媲美。许多开发人员认识到传统数据处理的局限性，并模仿自然创造了新的传感器、计算架构、软件、自主机器人和其他智能设计。

策略

传感和信号

许多物种通过显著的传感和信号机制快速评估环境。昆虫的复合眼睛能比传统摄像机更快地感知运动，为空中系统和机器人提供了视觉传感器。

蜂群、鸟类、蚂蚁和细菌相互发出信号，以协调行动、收集食物和避免危险，形成集体智慧。受这种信号的启发，群体智能已经使REGEN Energy、西南航空(Southwest Airlines)和液化空气(Air Liquide)等公司能够有效解决复杂问题。

数据存储

就像计算机和服务器群存储数据一样，有机体存储和检索(也就是说，记住)与食物、捕食者和栖息地有关的数据。因此，生物大脑具有非常密集的存储能力。虽然大脑和电脑存储数据的方式非常不同，但人脑的存储容量约为350万gb，比一台64gb的iPad高出约5.5万倍。

此外，所有生命都需要遗传指示（数据密集DNA）直接增长和发展。研究人员哈佛的韦斯研究所将700兆兆字节的数据编码成1克DNA，引发了人们对DNA作为存储介质的兴趣。研究小组相信，随着技术的改进，理论上世界上所有的数据(近18亿兆字节)都可以存储在大约4克的DNA中。

情报

自然通过当今计算的未实现方式实现智力，例如大脑学习和响应的能力，细胞和免疫系统的集体任务协调以及进化的优化。

生物灵感计算正在成为现代计算的关键;人工神经网络，如IBM的SyNAPSE芯片——基于大脑中的神经元组织——可以并行处理和学习。人工免疫系统模仿免疫系统的动态，提高计算机安全性、故障检测和机器学习。在软件中使用的进化算法，如OptiStruct，基于进化的原则:它们从迭代领域生成最优的解决方案，节省设计时间并改进功能。

现有产品

群体能量

由于公用事业公司使用高峰电厂来满足需求，高峰期间的用电量可能占到设施电费的20- 50%。技术开发人员再生能量创建了一个建筑管理系统，模仿蜂群的通信系统;每台设备同时进行感知和沟通，而不使用自上而下的管理，最大限度地减少功耗。蜂群能源管理控制器将峰值需求降低约25%，并将建筑物的总能耗降低15- 30%。

安装在每个HVAC单元或其他自由判断电负载上，设备无线通信，每个都会互相通信，每个都决定是否根据其他单位的周期切换其单位打开或关闭。这种协调可确保最少可能在任何给定时间运行的单位，而不会影响乘员舒适度。Regen的技术由仓库，图书馆，办公室，食品加工厂和轻工中心使用。

OptiStruct软件

“牵牛星”是一家密歇根州的技术公司，使用了Elecistruct软件中的进化原则，以帮助客户优化设计的重量和强度。除了使用进化算法来分析设计中的机械应力之外，软件还模仿骨骼响应应力而加厚的方式底下的逻辑。

OptiStruct的进化算法快速测试广泛的可能迭代，以找到重量、强度和制造易用性之间的最佳平衡。由此产生的结构材料效率高，重量轻，需要的人力设计时间少得多。OptiStruct已经帮助了霍尼韦尔、波音、斯克里普斯研究所、联合利华、阿尔法罗密欧、HOK、洛克希德马丁和日立等机构。在一个案例中，OptiStruct将空客设计的总重量减少了20%。

产品在开发中

IBM突触芯片

由IBM和康奈尔科技公司共同开发的邮票大小的SyNAPSE芯片具有这种功能每秒460亿个突触操作，只用1瓦特．这款受神经网络启发的芯片标志着该项目的最终目标迈出了重要的一步，即构建100亿个神经元，100万亿突触芯片，容量为2升，耗电量仅为4千瓦。

当前芯片与传统芯片相比具有显着的优点：每个芯仅在需要时操作，允许其在相当于助助剂电池和分布式核心的过程中，这提高了性能。这款低功耗芯片可以推进云计算，家庭健康监控，视觉辅助辅助辅助助剂和其他多感官数据处理。IBM最终希望将Synapse芯片的感官处理能力与现有的计算架构结合在分析处理中的现有计算架构。