Thompsonovu myšlenku již použili ve vlastní práci Julian Miller a Peter Thomson z Napierovy univerzity v Edinburghu. Při vývoji vlastních digitálních obvodů použili poněkud vyšší úroveň než Thompson. Za základní komponenty použili různá logická hradla a jejich propojení a nechali na ně působit evoluční proces. Tímto způsobem se jim podařilo vytvořit různé jednoduché aritmetické jednotky, jako je násobič.
Pokud evoluční konstrukce splní, co se od nich očekává, není daleko doba, kdy budeme používat elektronické systémy, jejichž zapojení nikdo nebude rozumět. Thompson se domnívá, že takové obvody budou dlouhou dobu vyvolávat u řady odborníků určité podezření, protože budou nepochopitelné.
Pokud se takové obvody prosadí a začnou se používat např. v různých řídících systémech nebo lékařských zařízeních, můžeme stát před etickým problémem, tvrdí Inman Harvey, šéf střediska the Centre for Comutational Neuroscience and Robotics. Nakolik budou přijatelná zařízení, jejichž kritické komponenty byly zhotoveny uměle a nikdo neví, jak pracují? Kdo ponese vinu, když dojde k jejich selhání?
Pierre Marchal se domnívá, že jde o problém lidí, kteří nikdy neviděli, jak se například dnes testují mikroprocesory. Nikdo není schopen otestovat všechny obvody mikroprocesoru za všech možných podmínek. Proto se chyba v procesoru Pentium firmy Intel objevila až rok po jeho uvedení do prodeje.
Harvey a Marchal se shodují, že bezpečnost budoucích čipů bude nutno zajišťovat dlouhodobým a vyčerpávajícím testováním. Pokud čip pracuje spolehlivě za všech možných podmínek, není již podstatné, jak pracuje uvnitř. Sami dodnes neznáme všechny funkce svého organismu, ale nijak nás to neznepokojuje. Pokud se objeví nějaký problém, bude do evolučního algoritmu přidán nový test, který povede k novým řešením. Evoluční mechanismus sám nalezne nejlepší řešení, stejně jako se organismy přizpůsobují stále se měnícím podmínkám a novým onemocněním.
Marchal věří, že dnes je již reálná možnost, že stroje se budou vyvíjet za hranicemi lidských možností chápání. Pro někoho to může být frustrující. Ale riziko, že se technologie vymknou lidské kontrole je mnohem menší, než že se lidstvo zničí jadernou válkou.
Thomson a Miller z Napierovy univerzity si myslí, že evoluce nám ukáže nové technologické triky a že na řadu věcí se budeme dívat jinak.

Dalším zajímavým problémem

je vytvořit obvod, který by pracoval v širokém rozmezí teplot. Člověkem vytvořené obvody při velkých změnách teplot selhávají. Obvyklé mikroprocesory pracují v rozsahu teplot od -20 stupňů do 80 stupňů Celsia. Konstruktéři používají zapojení hodin takovým způsobem, aby všechny obvody měly dostatek času přejít do určitého digitálního stavu.
Thompsonův obvod pracoval pouze v rozsahu teplot 10 stupňů Celsia, tedy v rozsahu, v němž se měnila teplota v laboratoři během experimentu. Zřejmě teplota mění kapacitanci a rezistenci nebo jiné elektrické vlastnosti komponent obvodů. Tato skutečnost je ovšem závažná. Pokud nějaký obvod musí být schopen reagovat na změny teploty, obvykle není levný. Evoluce ale může riskovat. Thompson pro další genetické algoritmy naplánoval, že obvody budou hodnoceny nejen podle toho, jak plní svoji funkci, ale také podle toho, jak dobře se vyrovnají s variacemi teploty. Evoluce může vytvořit sadu obvodů, z nichž každý bude pracovat jen v určitém rozsahu teplot. Thompson se rozhodl mezi výchozí komponenty zařadit hodinový obvod a zkoumat, jakým způsobem jej evoluční mechanismus využije a zda jej vůbec využije.
Thompsonovy obvody jsou zatím schopny řešit jen jednoduché problémy. Lze je však použít v komplexních zapojeních, kde mohou zastávat řadu užitečných funkcí. Thompson již vyvinul řadiče pro miniaturní roboty firmy Xiling v Edinburghu, která vyrábí obvody FPGA. Navíc o práci Adriana Thompsona projevila zájem americká firma Motorola, která vytvořila novou technologii polí FPGA. Zájem také projevila britská telefonní společnost Telecom, která hledá řešení problémů zpracování signálů.

Aby tuto záhadu Thompson mohl vyřešit, musel být schopen měřit vstupní a výstupní hodnoty každé buňky za provozu obvodu. Ale obvody FPGA neumožňují analogové měření hodnot. Thompsonův kolega Paul Layzell proto sestavil obvod, který takové analogové měření umožňuje.
Thompsonovo zařízení pro rozlišení dvou tónů pracuje v poli FPGA o rozměrech 10 krát 10 logických buněk. Aby činnost zařízení otestoval, Thompson zavedl konfiguraci nejlepšího zařízení z poslední generace do jiného pole. Zjistil však, že toto nové zařízení není spolehlivé. Přitom jiná konfigurace z poslední generace fungovala bez problémů. Thompson se domnívá, že evoluční mechanismy zřejmě tvoří takové obvody, jejichž charakteristiky závisejí na určitých vlastnostech čipu. Proto plánuje vyvinout takový obvod, který by spolehlivě pracoval na pěti různých čipech polí FPGA.

Aby si Thompson ověřil, že vývoj obvodu bude probíhat stejným způsobem, do "zárodečné směsi" úmyslně nezahrnul hodinový obvod. Očekával, že evoluce hodinový obvod vytvoří. Nejjednodušším hodinovým obvodem je astabilní multivibrátor sestavený ze dvou tranzistorů, které se překlápějí do jedné úrovně pokaždé, když na jejich bázi se objeví signál opačné úrovně. V obvodu FPGA je tento oscilátor tvořen buňkami, které mění svoji úroveň na výstupu, kdykoliv se na jejich vstupu objeví signál opačné úrovně. Thompson odhadoval, že oscilátor nemůže vůbec evolučně vzniknout, protože vyžaduje pro svůj vývoj mnohem více než 100 dostupných buněk.
Jak se ale evoluční vývoj výsledného obvodu obešel bez hodin? Thompson při prozkoumání výsledného obvodu zjistil, že vstupní signál prochází řadou zpětnovazebních smyček. Domnívá se, takto vznikají modifikované a časově zpožděné verze původního signálu, které interferují s původním signálem a takto umožňují obvodu rozlišovat mezi dvěma tóny. Ve skutečnosti ale přiznává, že nemá přesnou představu, jak vlastně obvod pracuje.
Jedna věc je ale jistá. Evoluční vývoj obvodů FPGA probíhal analogovým a nikoliv digitálním způsobem. Výsledný obvod tedy nepracuje digitálně, což naznačují zpětnovazební smyčky. Evoluce není ničím vázána a může použít zcela libovolné chování logických buněk polí FPGA.
Chování výsledného obvodu je ale záhadnější, než si Thompson původně myslel. Ačkoliv konfigurační program specifikoval funkce všem dostupným buňkám, pouze 32 buněk bylo pro činnost obvodu podstatných. Když Thompson ostatní buňky vyřadil, činnost obvodu se nezměnila. Dalších 5 logických buněk nemělo v obvodu žádnou logickou funkci, která by ovlivňovala výstup obvodu. Ale když tyto buňky Thompson odpojil, obvod přestal pracovat.
To naznačuje, že evoluční vývoj využil některé fyzikální vlastnosti buněk, jako je kapacita obvodu nebo elektromagnetická induktance. Tyto buňky představují určitý jemný vliv, který ale nelze digitálně analyzovat.

Podobně programátoři využívají digitální podstatu počítačů. Jejich programy jsou posloupnostmi logických instrukcí, které obvody počítače převádějí do skupin logických nul a jednotek. Evoluci, kterou jsou řízeny genetické algoritmy, lze modelovat pouze ve virtuálním prostředí programovacích jazyků.
Thompson si položil otázku, co se stane, když evoluce bude působit přímo na hardwaru. Mohly by evoluční principy uspořádat elektronické součástky stejným způsobem, jako biochemické struktury v živých organismech? Co se bude dít, když umožníme evolučním procesům překonat omezení, která ve svém myšlení mají lidé? Odpověď na tuto otázku lze nalézt jen tehdy, pokud se podaří zkombinovat "jemné" procesy biologické evoluce s "hrubým" světem křemíkových čipů. Thompson nalezl řešení v tzv. polem programovatelných hradlových polích FPGA (field-programmable gate array), v křemíkových čipech velmi vysoké integrace VLSI.
V běžném mikroprocesoru jsou tranzistory na čipu propojeny do pevných logických hradel, která zpracovávají data. V polích FPGA se propojení logických hradel může měnit. Tranzistory jsou zde uspořádány do polí "logických buněk" a zavedením zvláštního programu do konfigurační paměti čipu lze nastavit každou buňku do funkce některého logického hradla a buňky vzájemně propojit. Tímto způsobem se funkce pole FPGA může změnit např.ze zesilovače na telefonní modem.
Thompson využil standardní genetický algoritmus pro vývoj konfiguračního programu pro pole FPGA, který by překonal zapojení vytvořené člověkem. Použil pouze 100 logických buněk a pomocí evolučních mechanismů vyvinul obvod, který byl schopen rozlišovat mezi dvěma tóny o kmitočtech 1 kHz a 10 kHz.

Počítačoví vědci již dlouhou dobu hledají inspiraci v moderní biologii. Na základě zjednodušených modelů mozku vyvinuly neuronové sítě, které jsou schopny rozeznávat různé obrazce, jako jsou podpisy na kreditních kartách a otisky prstů. Byly také vyvinuty heuristické programy, které sami sebe modifikují, aby co nejlépe plnily požadovanou úlohu. "Genetické algoritmy" byly použity pro vývoj softwaru, který je schopen vyhledávat velmi výhodné akcie na kapitálovém trhu.
Adrian Thompson spolupracuje s Philem Husbandsem ve středisku počítačové neurovědy a robotiky the Centre for Computational Neuroscience and Robotics na univerzitě v Sussexu. Ve své práci využívá metody hardwarových a softwarových inženýrů. Chování živých neuronů nelze oddělit od jejich biochemie. Nezáleží však na tom, z jakého materiálu jsou sestaveny obvody neuronové sítě, protože tato síť pracuje digitálně.
Číslicové počítače používají pro kódování dat logickou nulu a jednotku, které jsou v elektronických obvodech reprezentovány úrovněmi elektrického napětí. Tranzistory v těchto obvodech pracují jako logické přepínače. Ale tranzistory ve své podstatě nejsou digitální. Malá změna proudu na bázi tranzistoru může vést k velké změně proudu na kolektoru tranzistoru. Tranzistor se tak chová jako zesilovač. Počítačové technologie ale tyto vlastnosti využívají jen velmi málo.

Darwinova teorie v laboratoři elektroniky

Adrian Thompson [M1] testoval na první pohled jednoduché zařízení. Když do mikrofonu řekl "GO", na obrazovce osciloskopu se objevil signál, když do mikrofonu řekl "STOP", signál zmizel.
Mezi mikrofonem a osciloskopem je elektronický obvod, který rozlišuje mezi těmito dvěma slovy a podle toho posílá na výstup elektrické napětí. Takový obvod je pro mikroprocesor v podstatě jednoduchou záležitostí. Stejnou úlohu může také zvládnout obvod s poměrně málo součástkami. Adrian Thompson ale použil zvláštního postupu. Elektronický obvod vzniká z "zárodečné směsi" křemíkových součástek na základě evolučních principů náhodné variace a úspěchu přežití.
Thompsonova práce je zcela ojedinělá. Pokouší se pomocí evoluce vytvořit obvody, které by pracovaly s pouhou desetinou počtu součástek, než by použili lidé. Jeho experimenty, které provádí již řadu let, vyvolávají již mezi odborníky pozornost. Výrobci mikročipů, robotů a satelitů se začínají zajímat o jeho práci, protože jeho technologie může v budoucnu vést k mnohem menším a výkonnějším systémům, než se doposud klasickými metodami daří vyvinout. Thompsonovy experimenty již inspirovaly několik dalších výzkumných projektů a vyvolávají závažné otázky, zda technologie se může vyvíjet samostatně až za hranice lidského chápání.