Þróun á lifandi og andandi ofurtölvu

Alþjóðlegt teymi vísindamanna hefur þróað líkan af lífofurtölvu sem er á stærð við litla bók. Líftölvan, snilldar blanda af líffræði og tölvunarfræði, þarfnast minni orku en hefðbundnar ofurtölvur og er knúin áfram af lífsameindinni ATP.

Próteinþræðir eru leiddir áfram í gegnum kerfi og göng til leiðarenda.
Próteinþræðir eru leiddir áfram í gegnum kerfi og göng til leiðarenda.

Efni sem knýr áfram frumur okkar, ATP (adenosínþrífosfat), gæti mögulega knúið ofurtölvur framtíðarinnar. Þetta er haft eftir alþjóðlegu teymi vísindamanna undir leiðsögn Dan Nicolau, prófessors og formanns lífefnaverkfræðideildarinnar í McGill háskóla í Kanada.

Teymið hefur nýlega birt grein um þetta mál í PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) þar sem þau skýra frá líftölvu sem þau bjuggu til sem getur unnið afar hratt og örugglega úr upplýsingum með því að nota samhliða vinnslu eins og rafrænar ofurtölvur dagsins í dag.

Hugmyndin fæddist eftir nokkra drykki

Nicolau hóf að vinna í þessu verkefni ásamt syni sínum, Dan Jr., fyrir rúmum áratug. Síðar bættust kollegar við í hópinn frá Þýskalandi, Svíþjóð og Hollandi fyrir um sjö árum.

„Þetta hófst sem hugmynd aftan á umslagi, eftir aðeins of mikið af rommi hugsa ég, með teikningum sem litu út eins og litlir ormar að kanna völundarhús,“

sagði Nicolau. Líkan Nicolau feðganna af lífofurtölvunni varð til þökk sé blöndu af geometrískri líkanagerð og verkfræðikunnáttu á nanóskala. Þetta er aðeins byrjunin sem þó sýnir að þessi tegund af líffræðilegri ofurtölvu gæti í raun og veru virkað.

Rásirnar sem vísindamennirnir bjuggu til minna á vegakort, séð að ofan, af vel skipulagðri og upptekinni borg. Eins og í borg þá eru bílar og trukkar af mismunandi stærð og gerð, knúnir áfram af mismunandi mótorum, sem ferðast gegnum göng sérhönnuð fyrir þá, neytandi eldsneytis sem þeir þurfa til að halda áfram.

Líftölvur knúnar áfram af ATP

Borgin sem um ræðir í líftölvunni er þó ekki nema 1,5 fersentímeter þar sem rásirnar hafa verið skornar í. Í stað rafeinda sem knúnar eru áfram af rafhleðslu í venjulegri örflögu eru það stuttir próteinþræðir sem ferðast áfram á stýrðan hátt með hjálp ATP, efnið sem er orkuberi frumna allra lífvera.

ATP, adenosínþrífosfat og virkni þess.
ATP, adenosínþrífosfat og virkni þess.

ATP eða adenosínþrífosfat er orkumikið kóensím sem hefur verið nefnt gjaldmiðill orku í lífverum. ATP samanstendur af adenósín ásamt þremur fosfat hópum sem geyma mikla bindiorku. Líkaminn vinnur ATP úr ADP og fosfat hóp með hjálp orku sem losnar við sundrun á glúkósa og geymir síðan orkuna í formi ATP þangað til hennar er þarfnast á ný við önnur efnahvörf.

Sjálfbærri tölvur

Vegna þess að tölvurnar eru knúnar áfram af lífþáttum sem hitna nánast ekkert nota tölvurnar mun minni orku en nútíma rafrænar ofurtölvur sem eru mjög orkufrekar og þurfa á mikilli kælingu að halda. Þetta skilar sér í mun sjálfbærri tölvum.

Watson, ofurtölva IBM, er engin smásmíði.
Watson, ofurtölva IBM, er engin smásmíði.

Frá líkani til veruleika

Þrátt fyrir að þetta líkan lífofurtölvunnar hafi náð að leysa úr flóknu stærðfræði vandamáli á skilvirkan hátt með samhliða vinnslu eins og ofurtölvur dagins í dag, átta rannsakendur sig á því að það er mikil vinna framundan til að búa til alvöru lífofurtölvu í fullri stærð.

„Nú þegar þetta líkan er til staðar sem leysir úr einu vandamáli, munu margir aðrir reyna að halda þróuninni áfram, með mismunandi lífþáttum til dæmis,“ sagði Nicolau.

„Það er erfitt að segja til um hvenær við munum sjá heila lífofurtölvu. Einn möguleiki til að leysa stærri og flóknari dæmi er að sameina okkar tækni með hefðbundnum tölvum og búa þannig til blandaða tölvu. Eins og er vinnum við að því að þróa rannsóknina áfram.“

Heimildir

McGill: Building living, breathing supercomputers
Vísindavefurinn: Hvað er ATP?