Новосибирский государственный университет Факультет информационных технологий

А.М.Федотов

Словарь терминов в коллекции "Вычислительные системы"

Биокомпьютер

Биокомпьютер - компьютер, который функционирует как живой организм или содержит биологические компоненты. Создание биокомпьютеров основываются на молекулярных вычислениях. В качестве вычислительных элементов используются белки и нуклеиновые кислоты, реагирующие друг с другом.

Биологические компьютеры используют цепи ДНК, с помощью которой кодируется информация. Аппаратной частью выступают ферменты, а аналогами «0» и «1» являются A (аденин), T (тимин), C (цитозин), G (гуанин). Олигонуклеатиды A, T, C, G располагаются на ДНК, а их последовательность определяет закодированную информацию. При определенных условиях, входящие в их состав атомы водорода притягиваются друг к другу и образуют пары A-T, C-G. Для работы ДНК-компьютера необходимы так называемые «дополнения Ватсона-Крика». Раствор, состоящий из этих дополнений, ДНК и природного химиката, например, лигазы и есть аналоговый биокомпьютер. С помощью лигазы происходит склеивание ДНК и образуется множество возможных вариантов решения задачи. После этого необходимо убрать неправильные варианты и выбрать требуемый. Для решения этой задачи применяется метод Polymeraza Chain Reaction (PCR) - цепочечная реакция полимеразы на внешние раздражители. После этого производится фильтрация, например, добавление химикатов, нагрев или использование электромагнитных полей. В итоге, в растворе останутся только искомые решения. Полученную информацию можно считать и использовать для проведения следующей операции.
В одном миллилитре ДНК содержится больше информации, чем на триллионе компакт-дисков.

В 1966 году выходит книга фон Неймана «Теория самовоспроизводящихся автоматов», в которой описывается теория клеточных автоматов, которые способны к самовоспроизведению, аналогично живой клетке.
В 1994 году Леонард Эдлман из университета Южной Калифорнии на опыте показал, что молекулы ДНК могут решать вычислительные задачи, причем такие, которые представляют наибольшие трудности для традиционных компьютеров. Одна из первых задач, решенных Эдлманом с помощью биокомпьютера была задача «коммивояжера». Он решил ее для 7 городов и 13 дорог между ними.
В 2002 году в журнале Science группа исследователей во главе с профессором Эхуд Шапиро из Вейсманнского института опубликовали статью, в которой описан ДНК-компьютер. По словам руководителя проекта, они построили компьютер из молекул ДНК. По утверждениям ученых, компьютер, состоящий из 1-го триллиона таких молекул, может обрабатывать 1 млрд. операций в секунду с точностью 99,8%.
Ученые полагают, что данную технологию можно будет использовать в медицине. Уже в наши дни ДНК-компьютеры применяют для вычислений, с их помощью расшифровывают геном животных.

Ключевые термины (головные):  Компьютер;   Процессор;

Контекстный поиск: Задайте образец для поиска:

Федотов Анатолий Михайлович

НГУ ФИТ НГУ ИВТ СО РАН