Náš každodenní život je tak digitalizován, že i technofobové vědí, že počítač je banda elektronických tranzistorů, které zpracovávají signály 1 a 0 kódované v programu. Ale nový druh počítačů nás může donutit restartovat naše myšlení: Vědci poprvé využili zdroj energie používaný živými buňkami k napájení malých bílkovin k vyřešení matematického problému.
Výzkum vedený duem otec-syn je stimulací pro biopočítač, který slibuje zařízení, která řeší složité úkoly a spotřebovávají mnohem méně energie než elektrické stroje. "Není to otázka zrychlení počítačů, " říká Dan Nicolau Jr., hlavní autor nové studie, který získal doktorát z matematické biologie na Oxfordu. "Je to otázka řešení problémů, které počítač vůbec nedokáže vyřešit."
Vezměte si lámání kódu, které může vyžadovat prosévání bilionů kombinací k dosažení jednoho správného řešení. Snad překvapivě počítače sálových počítačů nejsou tak velké na vyřešení takového problému, protože mají sklon pracovat lineárně, výpočty provádějí najednou. Lepší sázkou je paralelní zpracování - zkoušení několika možných řešení současně -.
A to je místo, kde nový experiment přichází. Po celá léta, Dan Nicolau Sr., vedoucí bioinženýrství na McGill University v Montrealu, studoval pohyb cytoskeletálních proteinů, které pomáhají dávat buňkám jejich strukturu. Kolem roku 2002 jeho syn, tehdy vysokoškolák, přemýšlel o tom, jak potkany v bludišti a mravenci na lovu řeší problémy. Mohly by být proteiny, které jeho otec zkoumal, také použity k řešení hádanek?
Aby otestovali otázku, museli ji nejprve přeložit do formy, na kterou by proteiny mohly reagovat. Vědci si tedy vybrali matematický problém, vykreslili jej jako graf a poté jej převedli do jakéhokoli mikroskopického bludiště, které bylo vyleptáno na jeden palec čtvereční oxidu křemičitého. "Pak necháte agenty prozkoumat tuto síť - čím rychlejší, menší, tím lepší - a uvidíte, kam se dostanou, " říká Nicolau Sr. V tomto případě se jednalo o cytoskeletální proteinová vlákna z králičího svalu (a některé pěstované v laboratoři) a „prozkoumali“ různá řešení bludiště, jako dav hledající východy. Mezitím meandrující proteiny nabíraly energii z rozpadu ATP, molekuly uvolňující energii, která pohání buňky, a „odpovědi“ se objevily z pozorování, kde proteiny unikly, a poté stáhly své kroky.
Tento experimentální biocomputer nemůže překonat výkon elektronického stroje a je navržen tak, aby vyřešil pouze jeden problém. Vědci se však domnívají, že tento koncept může být jednou rozšířen tak, aby dokázal řešit výzvy, které se v současné době potýkají s konvenčními počítači, a to pomocí „tisíckrát méně energie na výpočet, “ říká Nicolau Jr. pro přirozený paralelní procesor. A jak říká Nicolau Jr., „Život dělá věci efektivněji.“
Přihlaste se k odběru časopisu Smithsonian za pouhých 12 USD
Tento příběh je výběr z květnového čísla časopisu Smithsonian
Koupit
