Mozgové bunky by mohli nahradiť kremíkové čipy – tu je dôvod, prečo by to mohlo ušetriť energiu

Váš počítač môže jedného dňa bežať na mozgových bunkách.

Výskumníci nedávno nájdené že biologické počítače by mohli ušetriť elektrinu oproti kremíkovým čipom, ktoré dnes používame. V článku oznamujúcom objav vedci opísali použitie 50 000 mozgových buniek vypestovaných z kmeňových buniek. Je súčasťou rastúceho hnutia, ktoré využíva silu evolúcie na zrýchlenie počítačového spracovania.

"Je to poháňané pôsobivými schopnosťami mozgu v porovnaní s počítačom, ako je jeho efektívnosť, neustále učenie a intuitívne rozhodovanie," Thomas Hartung, profesor na Univerzita Johnsa Hopkinsa a jeden z hlavných autorov článku, povedal Lifewire v e-mailovom rozhovore. "Najrýchlejší superpočítač na svete zodpovedal odhadovanej výpočtovej kapacite jedného ľudského mozgu len v júni minulého roka, ale tento počítač zaberal 6 800 štvorcových stôp a stál 600 miliónov dolárov."

Aby biologické počítače fungovali

Výskumný tím vo svojom článku opísal metódu na vytvorenie „organoidnej inteligencie“ alebo OI. Tento prístup by využíval mozgové organoidy pestované v bunkovej kultúre, ktoré zdieľajú niektoré rovnaké funkcie a štruktúru ako mozgy.

Myšlienka používania mozgu ako počítača nie je úplne nová. Hartung poznamenal, že jeho kolegovia výskumníci minulý rok ukázali, že a kultúra mozgových buniek by sa mohla naučiť hrať počítačovú hru Pong. Iní vedci ukázali, ako na to ovládať roboty s mozgovými organoidmi.

"Zisťujeme, ako optimalizovať takéto procesy a použiť ich ako referenčné hodnoty na optimalizáciu modelov alebo skúmanie účinkov látok," povedal Hartung.

Ale prinútiť mozgy, aby fungovali ako počítače, je zložité. James Giordano, profesor neurológie a biochémie na Georgetown University Medical Center, povedal v e-mailovom rozhovore, že jedným z prístupov je počítačová fúzia, ktorá zahŕňa dve základné architektúry: prvá je tá, kde výpočtový hardvér štrukturálne „zapadá do“ neurónového poľa buniek. Druhá metóda spočíva v tom, že nervové bunky sú namontované na výpočtové obvody, jednotlivo alebo v malých zhlukoch.

„Takéto prístupy môžu byť použité na to, aby umožnili výpočtovým systémom „interpretovať“ aktivity uzlov a sietí nervových buniek, ako aj celých systémových organoidov; a v druhom prípade môže umožniť prispôsobenie vlastností nervových buniek a ich prenos priamo do výpočtových systémov,“ dodal.

Prostriedok na dosiahnutie cieľa

Biologické počítače by nakoniec mohli prevziať niektoré tradičné výpočtové úlohy, Dave Turek, hlavný technologický riaditeľ spoločnosti KATALÓG, spoločnosť vyvíjajúca dátové úložiská a počítače založené na DNA, uviedla v e-maile. Poukázal na to, že v posledných rokoch bol IT priemysel svedkom šírenia účelovo prispôsobených technológií vrátane urýchľovačov, ako sú GPU, kvantové počítače a výkonné paralelné počítače.

„Tento výkon a rozsah však ide na úkor vyššej spotreby energie, väčšej pamäte a požiadaviek na dlhodobé úložisko a vyššej zložitosti správy,“ povedal Turek. "To vyvolalo obrovský záujem a dynamiku v chemických výpočtových systémoch DNA, ktoré majú oveľa menšie fyzickú stopu, spotrebujú rádovo nižšiu energiu a sú odolné voči tradičnej elektronickej bezpečnosti zraniteľnosti“.

Turekova spoločnosť nedávno dosiahla výpočtový míľnik založený na DNA demonštrovaním základnej schopnosti paralelného vyhľadávania pomocou chémie DNA. KATALÓG zakódovaný o 17 000 slov zo Shakespearovho Hamleta do DNA v septembri.

„Inovatívny prístup KATALÓGU po prvýkrát ukazuje, ako využiť masívny paralelizmus chémie DNA prehľadávať takmer akékoľvek množstvo dát uložených v DNA bez očakávaného proporcionálneho nárastu zdrojov,“ Turek povedal.

Napriek nedávnym pokrokom nečakajte, že si čoskoro kúpite organický počítač pre váš desktop. Hartung povedal, že biologické výpočty sú skôr „víziou“ ako praktickou realitou.

"Prenosný počítač, ktorý je pravidelne kŕmený médiom na kultiváciu buniek, je ťažké si predstaviť," dodal. "Osobne si skôr viem predstaviť, že sa učíme, ako funguje mozog z pokusov o biologické výpočty a podľa toho modelujeme našu počítačovú architektúru."

Petr Šulc, an Arizona State University výskumník v oblasti biomimetickej nanotechnológie a molekulárnych výpočtov, uviedol v e-maile, že očakáva Čoskoro sa budú využívať výpočty založené na bunkách a biomolekulách na diagnostiku a liečbu účely.

"Použitie organoidov mozgových buniek na vykonávanie energeticky efektívnejších výpočtov môže byť stále dosť vzdialené," dodal. „Okrem príťažlivosti „energetickej účinnosti“ je potrebné vziať do úvahy vysoké náklady spojené s produkciu a udržiavanie týchto buniek, čo by mohlo prevážiť výpočtovú účinnosť, ktorú by takýto systém mal ponuku."

Aktualizácia 9. 3. 2023: Opravený názov zdroja v odseku 3.