Біокомп’ютери

Молекулярні комп'ютери

Недавно компанія Hewlett-Packard оголосила про перші успіхи у виготовленні компонентів, з яких можуть бути побудовані могутні молекулярні комп'ютери. Вчені з HP і Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) оголосили про те, що їм вдалося змусити молекули ротаксану переходити з одного стану в інший - власне кажучи, це означає створення молекулярного елемента пам'яті.

Наступним кроком має стати виготовлення логічних ключів, здатних виконувати функції І, АБО та НІ. Весь такий комп'ютер може складатися із шару провідників, прокладених в одному напрямку, чергуючи шар молекул ротаксана з шаром провідників, спрямованих у зворотню сторону. Конфігурація компонентів, які складаються з необхідного числа комірок пам'яті і логічних ключів, створюється електронним способом. За оцінками вчених HP, подібний комп'ютер буде в 100 млрд. раз економічнішим від сучасних мікропроцесорів, займаючи в багато разів менше місця.

Сама ідея цих логічних елементів не є революційною: кремнієві мікросхеми містять мільярди таких же. Але переваги в споживаній енергії і розмірах здатні зробити комп'ютери всюдисущими. Молекулярний комп'ютер розміром з піщину може містити мільярди молекул. А якщо навчитися робити комп'ютери не тришаровими, а тривимірними, переборовши обмеження процесу плоскої літографії, що застосовується для виготовлення мікропроцесорів сьогодні, переваги стануть ще більші.

Окрім того, молекулярні технології обіцяють появу мікромашин, здатних переміщатися і створювати механічні зусилля. Причому для створення таких пристроїв можна використовувати навіть традиційні технології травлення. Коли-небудь ці мікромашини будуть самостійно займатися зборкою компонентів молекулярного чи атомного розміру.

Перші досліди з молекулярними пристроями ще не гарантують появи таких комп'ютерів, однак це саме той шлях, що визначений всією історією попередніх досягнень. Масове виробництво діючого молекулярного комп'ютера цілком може початися між 2005 і 2015 роками.

Застосування в обчислювальній техніці біологічних матеріалів дозволить згодом зменшити комп'ютери до розмірів живої клітини. Поки ця чашка Петрі, наповнена спіралями ДНК, чи нейрони, взяті в п'явки і приєднані до електричних проводів. Власне кажучи, наші власні клітки - це не що інше, як біомашини молекулярного розміру, а прикладом біокомп’ютера, звичайно, служить наш мозок.

Іхуд Шапіро (Ehud Shapіro) з Вейцманського інституту природничих наук спорудив пластмасову модель біологічного комп'ютера висотою 30 см. Якби цей пристрій складався з реальних біологічних молекул, то його розмір був би рівний розміру одного з компонентів клітини - 0,000025 мм. На думку Шапіро, сучасні досягнення в області зборки молекул дозволяють створювати пристрою клітинного розміру, які можна застосовувати для біомоніторинга.

Більш традиційні ДНК - комп'ютери в даний час використовуються для розшифровування генома живих істот. Проби ДНК застосовуються для визначення характеристик іншого генетичного матеріалу: завдяки правилам спарювання спіралей ДНК, можна визначити можливе розташування чотирьох базових амінокислот (A, C, T і G).

Щоб подавати корисну інформацію, ланцюжки ДНК мають містити по одному базовому елементу. Це досягається за допомогою променя світла і маски. Для одержання відповіді на те чи інше питання, що відноситься до генома, може знадобитися до 80 масок, за допомогою яких створюється спеціальний чіп вартістю більш як 12 тис. USA. Тут і знадобилася мікросхема DMD від Texas Іnstruments: її мікродзеркала, направляючи світло, виключають потребу в масках.

Білл Дітто (Bіll Dіtto) з Технологічного інституту штату Джорджия, провів цікавий експеримент, приєднавши мікродатчики до декількох нейронів п'явки. Він знайшов, що в залежності від вхідного сигналу нейрони утворюють нові взаємозв'язки. Ймовірно, біологічні комп'ютери, що складаються з нейроподібних елементів, на відміну від кремнієвих пристроїв, зможуть шукати потрібні рішення за допомогою самопрограмування. Дітто має намір використовувати результати своєї роботи для створення мозку роботів майбутнього.