Биокомпьютеры

Исследователи под руководством Нэдриан  Симан разработали устройство, способное  стать основой для строительства  сложных машин молекулярного  масштаба. Это приведет к созданию нанороботов, которые будут строить  новые молекулы, проводить операции на молекулярном уровне. .

В том же 2002 году ученые из исследовательской  группы Сильвина сконструировали NanoWalker. Назвать данную разработку нанороботом  сложно: слишком большие габариты примерно с небольшую монетку.NanoWalker это целая серия роботов, объединенных одним названием. В переводе с английского языка оно означает нанопрохожий и отражает способность роботов автономно передвигаться. Еще одна особенность роботов Мартеля это скорость и плоскость перемещения. Проект NanoWalker должен изменить взгляд на медицинскую диагностику. Теперь медицинский прибор для проведения анализа способен на время внедриться в среду, где существует болезнь.

Научно-исследовательский институт Вейцманна в Израиле привлек к себе внимание общественности, усовершенствов разработанное год назад устройство, поручив одной-единственной молекуле ДНК роль средства ввода данных и одновременно источника питания. Устройство было оценено в научном мире и попало в Книгу рекордов Гиннеса как самое микроскопическое биологическое вычислительное устройство.  
         Ученые из института Технион в Израиле создали самособирающийся нано-транзистор. Для разработки этого устройства они использовали особенности структуры ДНК и электронных свойств углеродных нанотрубок.

Ученые из университета Мичигана совместно с Юнсэон Чой применили молекулы ДНК для построения наночастиц с заданными свойствами. Исследователи работали с так называемыми дендримерами крошечными разветвленными полимерами, концы которых могут содержать различные молекулы. Специально спроектированные полимеры могут использоваться для обнаружения больных тканей, точной доставки лекарств к нужным клеткам и т. д. Недостаток данной технологии в том, что синтез нужных цепочек может занимать в некоторых случаях по несколько месяцев. 
            В настоящее время область ДНК-вычислений пребывает на том этапе подтверждения концепции, когда возможность реального применения лишь маячит на горизонте. С уверенностью можно утверждать, что в ближайшие десятилетия технология громко заявит о себе, продемонстрировав свои реальные возможности. А пока можно лишь гипотетически просчитывать, насколько полезны или вредны ДНК-компьютеры для человечества. [5].

 

 

3.2  Клеточные компьютеры

 

Еще одним  интересным направлением является создание клеточных компьютеров. Для этой цели идеально подошли бы бактерии, если бы в их геном удалось включить некую логическую схему, которая  могла бы активизироваться в присутствии  определенного вещества. Такие компьютеры очень дешевы в производстве. Им не нужна столь стерильная атмосфера, как при производстве полупроводников. И единожды запрограммировав клетку, можно легко и быстро вырастить  тысячи клеток с такой же программой.

В 2001 г. американские ученые создали трансгенные микроорганизмы (т. е. микроорганизмы с искусственно измененными генами), клетки которых  могут выполнять логические операции И и ИЛИ.

Специалисты лаборатории Оук-Ридж, штат Теннесси, использовали способность генов  синтезировать тот или иной белок  под воздействием определенной группы химических раздражителей. Ученые изменили генетический код бактерий Pseudomonas putida таким образом, что их клетки обрели способность выполнять простые  логические операции. Например, при  выполнении операции И в клетку подаются два вещества (по сути – входные  операнды), под влиянием которых  ген вырабатывает определенный белок.  

Рис.3.2.1: Бактерия Pseudomonas putida [9].

 

Теперь  ученые пытаются создать на базе этих клеток более сложные логические элементы, а также подумывают о  возможности создания клетки, выполняющей  параллельно несколько логических операций.

 По сравнению с обычными вычислительными устройствами биокомпьютеры имеют ряд уникальных особенностей:

• Используют не бинарный, а тернарный код (так как информация в них кодируется тройками нуклеотидов).
• Поскольку вычисления производятся путем одновременного вступления в реакцию триллионов молекул ДНК, они могут выполнять до 1014 операций в секунду
• Вычислительные устройства на основе ДНК хранят данные с плотностью, в триллионы раз превышающей показатели оптических дисков.
• ДНК-компьютеры имеют исключительно низкое энергопотребление.

Однако  в разработке биокомпьютеров ученые столкнулись с целым рядом серьезных проблем:

• Считывание результата – современные способы секвенирования (определения кодирующей последовательности) не совершенны: нельзя за один раз секвенировать цепочки длиной хотя бы в несколько тысяч оснований. Кроме того, это весьма дорогостоящая, сложная и трудоемкая операция.
• Ошибки в вычислениях. Для биологов точность в 1% при синтезе и секвенировании оснований считается очень хорошей. Для ИТ она неприемлема: решения задачи могут потеряться, когда молекулы просто прилипают к стенкам сосудов; нет гарантий, что не возникнут точечные мутации в ДНК, и т. п.
• ДНК с течением времени распадаются, и результаты вычислений исчезают на глазах. А клеточные компьютеры работают медленно, и их легко "сбить с толку".
• Биокомпьютеры не рассчитаны на широкие массы пользователей. Но ученые надеются, что они найдут свое место в медицине и фармации. [7].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Технические средства становятся продолжением человека, его мира, его мысли. Постепенно техника  все более и более будет  составлять суть самого человека.

Биокомпьютерные технологии привлекательны тем, что  практически все задачи решаются оперативно. Биокомпьютерные технологии в бизнесе, науке, в высоких властных структурах позволяет совершить  переворот в эффективности управления, освободить руководителей от состояния  неуверенности, когда будущее в  тумане, оно "кажется" и позволяет  руководителям "ясно" видеть будущее, во многом отказаться от сбора рутинной статистики.

Для решения  научных проблем биокомпьютер заменит  все технические средства научных  проблемных лабораторий, оставив им решать незначительные прикладные задачи.

Применение  в вычислительной технике биологических  материалов позволит со временем уменьшить  компьютеры до размеров живой клетки.

Если верить гипотезам фантастов, вскоре биодатчики будут имплантированы в организм человека.

Можно с  уверенностью сказать, что в момент расцвета биоинформатики электронные  ЭВМ станут вчерашним днем. Почти  как ламповые суперкомпьютеры в  наше время. Конечно, наряду с биотехнологиями  возьмут верх квантовые и нейрокомпьютеры, которые также являются принципиально  новыми разработками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Джон  Лилли. Программирование и метапрограммирование  человеческого биокомпьютера. Перевод с английского - К.: "София", Ltd., 1994. – 60с.

2. Докучаев Д.   Искусственный интеллект в цифровом формате - Биокомпьютеры: миф или реальность // Спецвыпуск Xakep. – 2004. - №38. –С.90-91

3. Докучаев Д.   Искусственный интеллект в цифровом формате - Биокомпьютеры: миф или реальность // Спецвыпуск Xakep. – 2004. - №38. –С.92

4. Докучаев Д.   Искусственный интеллект в цифровом формате - Биокомпьютеры: миф или реальность // Спецвыпуск Xakep. – 2004. - №38. - С.93-94

5.   Ващилко Е.            Новые технологии -ДНК-компьютеры// Компьютер-Информ. – 2005. - №16.

6. Википедия  -  Свобожная энциклопедия [Электронный ресурс] / Биокомпьютер. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki Биокомпьютер. – Дата доступа: 22.12.2011. 7. История компьютера [Электронный ресурс] / Биокомпьютер. – Режим доступа: http://chernykh.net/content/view/427/634/ . - Дата доступа: 22.12.2011.

8. http://www.urano.ru/wp-content/uploads/2011/07/Модель-молекулы-ДНК1.jpg

9. http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/Pseudomonas%20putida_0.jpg