Наука и Техника

Наука И Техника
1 марта 2016

Ученые делают первые шаги к созданию "живого и дышащего" биологического суперкомпьютера

Аденозинтрифосфат (Adenosine triphosphate, ATP) - это химическое соединение, которое обеспечивает энергией все клетки тел живых существ. Кроме этого, данное вещество может стать тем, что будет обеспечивать функционирование будущих "полуживых" биологических суперкомпьютеров. Именно этим направлением занимается международная группа ученых, возглавляемая профессором Дэном Николау (Prof. Dan Nicolau), руководителем отдела Биоинженерии университета МакГилла. Недавно эта группа опубликовала статью, в которой описывается модель архитектуры биологического компьютера, который способен обрабатывать информацию при помощи множества независимых потоков точно так же, как это делается в недрах больших современных суперкомпьютеров.

Исключением является то, что созданный учеными прототип биологического суперкомпьютера имеет размеры, меньше размеров процессора обычного компьютера. А за счет использования белков, существующих во всех видах живых клеток, биологический суперкомпьютер требует для работы совсем крошечное количество энергии по сравнению с энергетическими "аппетитами" не только супер-, но и обычных компьютеров.

"Нам удалось создать очень сложную биологическую сеть и разместить ее на чипе с маленькой площадью" - рассказывает профессор Николау. Он начал работу в данном направлении вместе с его сыном более десятилетия назад. После первых успешных продвижений, около семи лет назад, к его группе присоединились ученые из Германии, Швеции и Нидерландов.

Опытный образец биологического суперкомпьютера, созданный отцом и сыном Николау, появился на свет благодаря комбинации методов геометрического моделирования и некоторых ноу-хау в области био- и нанотехнологий. Все это является лишь первым шагом, который, тем не менее, демонстрирует реальные принципы работы биосуперкомпьютеров. Схема, созданная учеными, походит на миниатюрную карту автомобильных дорог большого города с оживленным движением. Подобно тому, как по городским дорогам передвигаются легковые и грузовые автомобили различных марок и с различными типами двигателей, потребляющими перевозимое ими самими топливо, по крошечным каналам чипа двигаются молекулы различных белков.

В случае биологического компьютера карта городских улиц "втиснута" на квадратный чип, размером в 1.5 сантиметра. А топливом, которое используется для движения молекул по каналам чипа, является именно аденозинтрифосфат. Поскольку всеми процессами на чипе управляют так называемые биологические агенты, он вообще не нагревается во время работы.

Используя технологии параллельных вычислений, реализованные за счет движения молекул определенных белков, прототип биологического суперкомпьютера уже может производить решение весьма и весьма сложных классических вычислительных задач. Тем не менее, исследователи признают, что у них имеется еще масса работы и нерешенных проблем, прежде чем подобные биотехнологии можно будет использовать при создании больших и мощных биологических суперкомпьютеров.

"Теперь, когда в нашем распоряжении имеется и прототип и подробная математическая модель биологического компьютера, нам потребуется развить наши идеи дальше и сделать это все более практичным, путем использования различных биоагентов, к примеру" - рассказывает профессор Николау, - "Сейчас очень трудно назвать даже ориентировочные сроки, когда же это все может стать реальностью. Нам предстоит еще решить массу проблем, самой главной из которых является сопряжение биологического суперкомпьютера с обычным компьютером для создания гибридной вычислительной системы".