Несмотря на то, что компьютерные инженеры и ученые прогрессивно быстро преодолевают барьеры скорости вычисления, создавая новые суперкомпьютеры, их детища все еще выглядят не самым убедительным образом при сравнении с вычислительной мощью сложных биологических систем. Роадраннер (Roadrunner), супермашина от IBM, самый мощный компьютер в настоящее время, используется для моделирования отдельных функций головного мозга человека (зрительной коры), и это единственный фрагмент информации, обрабатываемый человеческим телом, работу с которым в данный момент удается осуществлять рукотворным компьютерам.
Поэтому когда ученые устремляют взгляд в будущее вычислительной техники, имитирование биологических форм жизни или комбинирование их с электронными представляется им как уверенный шаг в нужном направлении, поскольку ожидается увеличение скорости и эффективности. Тем не менее, реальная ситуация в этом направлении науки не утешительна, поскольку все предыдущие попытки объединения двух типов систем не принесли каких-либо стоящих результатов.
Ученые Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (Lawrence Livermore National Laboratory — LLNL) зашли дальше, на наноуровень, будучи охваченными идеей симбиоза живого и не совсем.
«С созданием еще более крохотных нанометариалов, сопоставимых с размером биологических молекул, мы можем интегрировать системы на еще более локализованном уровне», объясняет Александр Ной (Aleksander Noy), ведущий ученый биоэлектрического проекта LLNL.
Чтобы вступить в этот миниатюрный мир, команда Ноя занялась изучением силиконовых нанопроводов и липидных (жировых) мембран – двух наиболее популярных компонентов в современных исследованиях наноматериалов.
Путем покрытия кремниевых проволочек непрерывным двойным слоем липидных мембран, ученые смогли изолировать токопроводящий материал от окружающего раствора: как и в нормальных биологических системах жиры препятствуют достижению ионами и маленькими молекулами нанопроводов.
схематичное изображение покрытых липидным слоем силиконовых нанопроводов: молекулы аламетицина, изображенные в виде пурпурных трубочек, могут контролироваться засчет изменения напряжения на нанопроводах, что регулилирует прохождение ионов через липидную оболочку
С целью создания ворот для передачи информации жировую мембрану усеяли молекулами аламетицина, которые действуют как поры, позволяя данным, в этом случае ионам, попадать в и из нанопровода.
Засчет контролирования напряжения на воротах в липидном слое, ученые могут открывать и закрывать поры, давая возможность ионам свободно поступать, что может работать как передача сигнала, или позволять им проскальзывать через жировую оболочку, что может использоваться в датчиках.
Нипун Мисра (Nipun Misra), член команды Ноя, выпускник Калифорнийского университета в Беркли, дополняет лидера: «Стоит упомянуть, что эти липидные мембраны также могут уместить неограниченное количество белковых машин, которые способны выполнять огромное число распознаваний, передач и преобразований сигналов в клетке».
В то время как маленькие устройства, очевидно, не являются полностью функционирующими системами, результаты этого исследования создают большое поле для продолжения биоэлектрических исследований. Несмотря на то, что человеческое тело не позволяет работать с цифрами даже на уровне самого простого калькулятора, оно обрабатывает массу информации в каждый определенный момент времени. Если ученые смогут создать нечто, что по возможностям хотя бы отдаленно приблизится к нашей нервной системе, тогда в компьютерных технологиях будут реализованы большие изменения в направлении увеличения мощи.
Даже рядовому пользователю кажется очевидным, что есть значительные технические трудности в реализации таких проектов по созданию «полуживых» компьютеров: проблема возникнет с неустойчивыми жирами, подвергающимися перекисному окислению, воздействию свободных радикалов и молекулярного кислорода, проще говоря, легко разрушающимися.
Но в случае успеха нас ожидает масса удивительных преобразований. Возможно, вскоре фраза «мой компьютер умер» обретет иное значение и придется приобретать сухой корм не только для четвероногих питомцев.
Авторами биоэлектрического проекта LLNL стали Александр Ной, Нипун Мисра и Хулио Мартинез (Julio Martinez), выпускник Калифорнийского университета в Дэвисе. Все результаты их исследования опубликованы в 10м августовском номере онлайн версии Известий Национальной академии наук США (Proceedings of the National Academy of Sciences).
