Giáo sư Peter Hofmann và nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Tài năng Kiến trúc Điện và Điện tử thuộc Đại học Kỹ thuật Dresden, Đức, đã phát triển thành công các cấu phần điện tử tự tổ chức đầu tiên. Các cấu phần được gọi là các đơn vị tự chủ sẽ hình thành nên cơ sở cho các hệ thống kỹ thuật phức tạp trong tương lai. Để đạt mục tiêu này, các nhà khoa học đã mô phỏng tri thức về các hệ thống phức tạp có trong tự nhiên.
Sinh vật được cấu tạo theo phương thức lắp ráp môđun – các tế bào hình thành ra mô, mô hình thành nên các cơ quan và các cơ quan lại hình thành nên sinh vật. Nếu từng tế bào riêng biệt chết đi, sinh vật vẫn tiếp tục hoạt động. Điều này là nhờ mặc dù các tế bào tương tác với các tế bào lân cận chúng, mỗi tế bào riêng lẻ có tính tự chủ về chức năng của nó. Khi cần thiết, còn có khả năng là các tế bào khác sẽ “phá rào” và đảm nhiệm chức năng thay thế.
Các kỹ sư đã ngạc nhiên về việc hệ thống tự nhiên đã dễ dàng thích nghi với tình hình mới như thế nào. Ví dụ, một quần thể kiến luôn luôn tìm thấy con đường ngắn nhất giữa địa điểm có thức ăn và tổ kiến mà không sở hữu một lệnh chỉ dẫn trung ương nào. Các cơ chế diễn ra trong con người cũng đáng ngạc nhiên tương tự như vậy, ví dụ như trường hợp các tế bào da bị tổn thương hoặc thậm chí cả một cơ quan bị tổn thương đã có thể tái sinh sau khi bị tai nạn.
Các đặc trưng đặc biệt này của các hệ thống tự nhiên đều có một điểm chung – chúng diễn ra tự thân. Không có một chức năng điều khiển trung ương nào đưa ra lệnh cho các tế bào. Thực tế, đây là điểm khởi đầu đối với các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm tài năng của Đại học Dresden. Các nhà nghiên cứu dự định phát triển các hệ thống kỹ thuật có khả năng tự tổ chức và áp dụng chúng vào trong thực tiễn. Một lĩnh vực áp dụng mà các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm là ngành công nghiệp ôtô.
Khi tự nhiên phục vụ như là một mô hình cho các sản phẩm kỹ thuật, người ta gọi đó là “Điện toán Hữu cơ” (Organic Computing).
Trước hết, Trung tâm Tài năng đã phân tích các nguyên lý sinh học và vật lý cơ bản của sự tự tổ chức và đúc kết chúng lại cho việc ứng dụng chúng vào các hệ thống kỹ thuật. Sau đó, sẽ mô tả cả cấu trúc lẫn nhiệm vụ của các đơn vị có khả năng tự tổ chức.
Trong quy trình này, từng cấu phần đơn lẻ được trao cho khả năng tự chủ, sao cho chúng có thể giao tiếp với các đơn vị của các hệ thống khác và – trên cơ sở quá trình giao tiếp này – có thể hợp tác theo phương thức đạt được chức năng của mục tiêu.
Điều này có nghĩa là quá trình giao tiếp giữa một cấu phần cụ thể và đơn vị điều khiển tương ứng của nó không được cố định (xác định) ngay từ đầu. Ngược lại, đơn vị điều khiển có khả năng phản ứng với tác nhân kích thích được gửi tới từ các cấu phần khác nhau. Nếu một đơn vị điều khiển điện tử bị hỏng, thì một chức năng điều khiển điện tử khác có thể tích hợp một cấu phần mới và đảm nhiệm chức năng của nó. Một ví dụ minh họa cho điều này, nếu bộ chuyển mạch điều khiển cho cửa sổ điện trong ôtô bị hỏng, người lái sẽ có khả năng kích hoạt sự tái cấu hình tự chủ của hệ thống. Kết quả là, được phép của người lái, đơn vị điều khiển cửa sổ sẽ nhận thông tin từ bộ chuyển mạch khác. Theo phương thức này, có thể đóng cửa sổ bằng cách sử dụng bộ chuyển mạch khác.
Trong khi tái tạo một ôtô hiện đại, Trung tâm Tài năng đã phát triển một loại xe thử nghiệm gọi là “August 1”, hiện đang thử nghiệm chức năng của các hệ thống điện tử phi tập trung. Giáo sư Peter Hofmann và nhóm nghiên cứu muốn tìm hiểu xem các đơn vị điều khiển đơn lẻ có thể được tự tổ chức tự chủ không, có nghĩa là độc lập với các hệ thống khác. Ưu điểm của phương pháp này, ví dụ, sẽ là, mỗi bánh xe có thể được điều khiển và truyền động riêng lẻ. Kết quả là, các nhà khoa học hy vọng các thiết bị điện tử của ôtô có thể được chế tạo với độ tin cậy cao hơn bằng cách phi tập trung hoá chức năng của chúng. Ngoài ra, các hệ thống có tổ chức phi tập trung rất vững vàng và có khả năng thích ứng với những sự thay đổi do môi trường gây ra. Trong lĩnh vực công nghệ, nguyên lý này cho đến nay mới được áp dụng trong máy tính theo một phương thức khá đơn giản. Các cổng USB được sử dụng để gắn vào các thiết bị ngoài khác nhau, mà máy tính tái tổ chức, chấp nhận và tích hợp.
(www.Innovations-report.com, 2/2006)
***********