Možganske celice bi lahko nadomestile silicijeve čipe – evo, zakaj bi to lahko prihranilo energijo

Vaš računalnik bo morda nekega dne deloval na možganskih celicah.

Raziskovalci nedavno najden da bi biološki računalniki lahko varčevali z elektriko v primerjavi s silicijevimi čipi, ki jih uporabljamo danes. V dokumentu, ki je objavil odkritje, so znanstveniki opisali uporabo 50.000 možganskih celic, vzgojenih iz matičnih celic. To je del naraščajočega gibanja za izkoriščanje moči evolucije za hitrejšo računalniško obdelavo.

"To spodbujajo impresivne zmogljivosti možganov v primerjavi z računalnikom, kot so njegova učinkovitost, nenehno učenje in intuitivno odločanje," Thomas Hartung, profesor na Univerza Johns Hopkins in eden od vodilnih avtorjev časopisa, je povedal Lifewire v intervjuju po elektronski pošti. "Najhitrejši superračunalnik na svetu se je ujemal z ocenjeno računalniško zmogljivostjo enih človeških možganov šele junija lani, vendar je ta računalnik zasedal 6800 kvadratnih čevljev in stal 600 milijonov dolarjev."

Omogočanje delovanja bioloških računalnikov

Raziskovalna skupina je v svojem prispevku opisala metodo za ustvarjanje "organoidne inteligence" ali OI. Pristop bi uporabil možganske organoide, gojene v celični kulturi, ki imajo nekatere enake funkcije in strukturo kot možgani.

Zamisel o uporabi možganov kot računalnika ni povsem nova. Hartung je opozoril, da so njegovi kolegi raziskovalci lani pokazali, da a kultura možganskih celic bi se lahko naučila igrati računalniško igro, Pong. Drugi znanstveniki so pokazali, kako nadzor robotov z možganskimi organoidi.

"Ugotavljamo, kako optimizirati takšne procese in jih uporabiti kot merila uspešnosti za optimizacijo modelov ali preučevanje učinkov snovi," je dejal Hartung.

Toda pripraviti možgane, da delujejo kot računalniki, je težavno. James Giordano, profesorica nevrologije in biokemije na Georgetown University Medical Center, je v intervjuju po elektronski pošti dejal, da je eden od pristopov računalniška fuzija, ki vključuje dve osnovni arhitekturi: prva je, kjer je računalniška strojna oprema strukturno "ustrezna" nevronskemu nizu celic. Druga metoda je, da se živčne celice namestijo na računalniška vezja, posamezno ali v majhnih skupinah.

"Takšne pristope je mogoče uporabiti za omogočanje računalniškim sistemom, da" interpretirajo "dejavnosti vozlišč in mrež živčnih celic, pa tudi celotne sistemske organoide; in v slednjem primeru lahko omogoči, da se lastnosti živčnih celic prilagodijo in prenesejo neposredno na računalniške sisteme," je dodal.

Sredstvo za dosego cilja

Biološki računalniki bi lahko sčasoma prevzeli nekatere tradicionalne računalniške naloge, Dave Turek, glavni tehnični direktor podjetja KATALOG, podjetje, ki razvija shranjevanje podatkov in računalnike na osnovi DNK, je zapisano v elektronskem sporočilu. Poudaril je, da je v zadnjih letih industrija IT priča širjenju namensko prilagojenih tehnologij, vključno s pospeševalniki, kot so grafični procesorji, kvantni računalniki in zmogljivi vzporedni računalniki.

"Ta zmogljivost in obseg pa prihajata na račun večje porabe energije, večjega pomnilnika in zahtev po dolgoročnem shranjevanju ter večje kompleksnosti upravljanja," je dejal Turek. "To je povzročilo izjemno zanimanje in zagon za računalniške sisteme DNK, ki temeljijo na kemiji in imajo veliko manjši fizični odtis, porabijo veliko manj energije in so odporni na tradicionalno elektronsko zaščito ranljivosti."

Turekovo podjetje je pred kratkim doseglo mejnik v računanju na podlagi DNK z demonstracijo osnovne zmožnosti vzporednega iskanja z uporabo kemije DNK. KATALOG kodiran o 17.000 besed iz Shakespearovega Hamleta v DNK septembra.

"CATALOGOV inovativni pristop prvič kaže, kako izkoristiti ogromen paralelizem kemije DNK preiskati skoraj poljubno količino podatkov, shranjenih v DNK, brez pričakovanega sorazmernega povečanja virov," Turek rekel.

Kljub nedavnemu napredku ne pričakujte, da boste kmalu kupili organski računalnik za namizni računalnik. Hartung je dejal, da je biološko računalništvo bolj "vizija" kot praktična realnost.

"Prenosni računalnik, ki se redno hrani z gojišči celične kulture, si je težko predstavljati," je dodal. "Osebno si lahko raje predstavljam, da se naučimo, kako delujejo možgani iz poskusov biološkega računanja in ustrezno modeliramo našo računalniško arhitekturo."

Petr Šulc, an Državna univerza Arizona raziskovalec na področju biomimetične nanotehnologije in molekularnega računalništva, je v elektronskem sporočilu dejal, da pričakuje kmalu se bodo uporabljali računalništvo na osnovi celic in biomolekul za diagnostiko in terapevtsko uporabo namene.

"Uporaba organoidov možganskih celic za izvajanje energetsko učinkovitejšega računanja je morda še precej daleč," je dodal. "Poleg privlačnosti 'energetske učinkovitosti' bi morali upoštevati visoke stroške, povezane z proizvodnjo in vzdrževanje teh celic, kar bi lahko odtehtalo računalniško učinkovitost takšnega sistema ponudba."

Posodobitev 9. 3. 2023: Popravljeno ime vira v 3. odstavku.