Вчені впритул наблизились до винайдення біологічного суперкомп'ютера

13
4 березня 2016

Йдеться про АТФ – аденозинтрифосфат.

Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) опублікував статтю професора Дена Ніколау (Dan Nicolau) і його співавторів, в якій описана концепція "біокомп'ютера", здатного до неймовірно швидкої паралельної обробки даних.

Вчені створили діючий прототип системи, яка не лише компактніша, а й більш економічна за звичайний комп'ютер, повідомляє портал Naked-science.

Ідея з'явилася у керівника кафедри біоінженерії американського Університету Макгілла ще близько 10 років тому, і за час роботи над нею до вченого приєдналися колеги з Німеччини, Швеції, Нідерландів.

Прототип мікросхеми – це крихітний, близько 1,5 см в діаметрі, квадратний "біочіп" із гравіруванням на поверхні у вигляді діагональної сітки канавок.

 

Уздовж канавок рухаються білки, запозичені у внутрішнього скелета живої клітини, – тубулін мікротрубочок та актин мікрофіламентів. Як і в клітині, рух забезпечують білкові "мотори", закріплені на внутрішній поверхні канавок міозином (актином) і кінезином (тубуліном).

Енергію для їх руху постачає розчинений в середовищі аденозинтрифосфат (АТФ). Автори відзначають, що така система працює при звичайній температурі і не вимагає значних енерговитрат.

Схема, яку створили дослідники, схожа на карту доріг великого міста із напруженим, але організованим рухом, котру видно з літака.

Так само, як в місті, дорогами їдуть легковики і вантажівки різного розміру. Вони живляться від двигунів різних видів і рухаються шляхами, спеціально створеними для них, споживаючи необхідне паливо.

Процес обчислення "закодовано" у геометричній структурі мережі канавок.

При цьому деякі розвилки в мережі мають V-подібну форму, де з 50-відсотковою ймовірністю білок може повернути ліворуч або праворуч. Один варіант додасть число до суми, інший - відніматиме його. Тож білок у підсумку виявиться на виході, номер якого відповідатиме підсумковій цифрі.

Агенти-білки надходять через вхід і можуть залишати мережу на одному з виходів, кожному з яких відповідає число-рішення.

Актинові філаменти і тубулінові мікротрубочки відрізняються невеликими розмірами (діаметр близько 10 і 25 нм відповідно) і здатні швидко рухатися за напрямками діагональної сітки (5-10 мкм / с і 0,5-1 мкм/с).

Саме тому, як вважають автори дослідження, "біокомп'ютери" є хорошими агентами для комбінаторних обчислень.

Така система теоретично здатна вирішувати комбінаторні задачі значно швидше традиційних електронних мікросхем.

Як з'ясувалося, біологічний суперкомп'ютер може ефективно вирішувати складні математичні проблеми, застосовуючи паралельне обчислення, як це роблять сучасні суперкомп'ютери. Однак самі автори роботи кажуть, що розвиток проекту від моделі до повноцінного функціонального комп'ютера потребує значної наукової роботи і часу.

Дослідження фінансувалося програмою Європейського Союзу Seventh Framework, Радою дослідників Швеції, Національною дослідницькою фундацією Німеччини та низкою інших відомих наукових інституцій.



powered by lun.ua