Chemikalie, die Energie zu den Zellen in unserem Körper bietet könnten Kraftmaschinen, Daily Mail Online
- Verwendet, um einen winzigen Mikrochip mit Radierungen und ersetzt Elektronen mit ATP
- Verwendet parallele Netzwerke wie ein massiver elektronischer Supercomputer tut
- Researches könnte Gerät mit normalen Computer verbinden Hybrid zu bilden
- Im vergangenen Jahr zeigten, Wissenschaftler elektronischen Chip mit biologischen und Solid-State-Komponenten mit den Hoffnungen Sinn mit elektronischen Komponenten Mischen
Supercomputer können Informationen über 100 Millionen Mal schneller als ein PC verarbeiten, aber an der Macht und kühlen das massive System kann auch Millionen von Dollar kosten.
Forscher arbeiten an einer energieeffizienten biologischen Supercomputer, die sie hoffen, dass ‚die Art und Weise Supercomputer gebaut ändern‘.
Das Team ersetzt Elektronen in einem Chip mit einer Substanz, die mit den Hoffnungen auf den Kosten zu senken und halten das System vor Überhitzung menschlicher Zellen Energie.
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Forscher arbeiten an einem energieeffizienten biologischen Supercomputern, die Größe eines Buchs. Das Team glaubt, dass durch Elektronen in einem Chip mit der Substanz ersetzt, die menschlichen Zellen Energie gibt, die neue Technologie Energie zu reduzieren und eine Überhitzung im System
'Der Computer besteht aus einem speziell entwickelten, nanostrukturierte Netzwerk durch eine Vielzahl von molekularen Motorische erforscht, Proteinfilamente, Forscher von der McGill University in der Studie in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht.
WIE IST DIE ‚LIVING COMPUTER‘ EFFIZIENTERE?
Die Agenten (Proteine) sind in großen Stückzahlen zu geringen Kosten zur Verfügung.
Sie sind selbstfahrend und erfordern daher keine globale, externe Antriebskraft;
Proteine arbeiten unabhängig voneinander parallel Exploration und kleine Abmessungen haben, um sicherzustellen, den Einsatz in Netzwerken mit hohen Dichte mit hohen Rechenleistung pro Flächeneinheit zu ermöglichen.
Die Substanz bewegt sich schnell zu maximieren Rechengeschwindigkeit und bewegt sich in einer überwiegend Vorwärtsrichtung (zu niedrige Fehlerraten zu gewährleisten).
‚Dieses System ist sehr energieeffizient und damit die Heizung Probleme vermieden werden elektronische Computer zu begrenzen.‘
Das Team Adenosintriphosphat (ATP) als Energiequelle für den fortschrittlichen Computer und das Modell erstellt ist viel kleiner, verbraucht weniger Energie verwendet, wie es Proteine, die in allen lebenden Zellen verwendet zu funktionieren, berichtet die McGill University in einer aktuellen Pressemitteilung.
‚Wir haben es geschafft, ein sehr komplexes Netzwerk in einem sehr kleinen Bereich zu schaffen‘, sagte Dan Nicolau, Sr.
‚Das begann als Rückseite eines Umschlags Idee, nach zu viel Rum Ich denke, mit Zeichnungen von dem, was aussah wie kleine Würmer zu erkunden Labyrinthe.‘
Dieses neue Konzept von ‚einer Kombination von geometrischer Modellierung und Engineering-Know-how (auf der Nanoskala)‘ geboren.
Dies ist dieser erste Schritt in die Fähigkeiten von biologischen Supercomputer zeigt und wie sie durchführen.
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Die Schaltung ähnelt eine lange, aber sehr gut organisiert, die Stadt mit Straßen, wie aus einem Flugzeug.
Genau wie in einer Stadt, Autos und Lastwagen in verschiedenen Formen und Größen, die von verschiedenen Arten von Motoren angetrieben werden, zippen um die Straßen raubend den Kraftstoff sie müssen in Bewegung bleiben.
Im Fall dieser Studie ist die Stadt ein Chip etwa 1,5 cm im Quadrat, in dem die ‚Straßen‘ in geätzt wurden.
Forscher ersetzt die traditionellen Elektronen, die durch eine elektrische Ladung, die mit ‚Schuh-Strings‘ von Proteinen angetrieben werden, die durch ATP angetrieben in einer kontrollierten Art und Weise um den Chip herum reisen.
Alle diese Eigenschaften wird das System halten zu heiß werden und der Energieverbrauch niedrig halten auf ein Minimum.
Schematische Darstellung der aktuellen Geräteanordnung für Mikrotubuli (dargestellt), einschließlich den Belastungszonen für das Mikrotubuli (grün ballonartige Bereiche) verwendet, wobei die Kanäle von dem Mikrotubuli während der Berechnung (grüne Linien) durchlaufen, und die Kanäle, die nicht durchlaufen werden sollen ( graue Linien)
‚Wir implementierten den vorgeschlagene Berechnungsansatz mit biologischen Arbeitsstoffen, die folgenden Anforderungen erfüllen: Die Agenten (Proteine) sind in großer Zahl zu geringen Kosten zur Verfügung; sind selbstfahrend und erfordern daher keine globale, Kraft externen Antriebs; unabhängig voneinander arbeiten parallel Exploration zu gewährleisten; haben kleine Abmessungen des Einsatz in hochdichten Netzwerken mit hohen Rechenleistung pro Flächeneinheit zu ermöglichen; bewegen sich schnell die Rechengeschwindigkeit zu maximieren; und bewegen sich in einer überwiegenden Vorwärtsrichtung (um sicherzustellen, niedrigen Fehlerraten)‘nach der Studie.
‚Nun, da dieses Modell als eine Möglichkeit besteht, erfolgreich mit einem einzigen Problem zu tun, es wird viele andere sein, die folgen und versuchen, es weiter zu schieben, verschiedene biologische Mittel verwendet wird, zum Beispiel‘, sagte Nicolau.
Forscher ersetzt die traditionellen Elektronen, die durch eine elektrische Ladung, die mit ‚Schuh-Strings‘ von Proteinen angetrieben werden, die durch ATP (rechts) mit Strom versorgt, in einer kontrollierten Art und Weise um den Chip herum reisen. All diese Eigenschaften werden das System halten zu heiß wird und halte Energie verbrauchen bis zu einem Minimum
‚Es ist schwer zu sagen, wie bald wird es dauern, bis wir eine volle Skala Bio super-Computer.
‚Im Moment arbeiten wir an einer Vielzahl von Möglichkeiten weiter die Forschung voranzutreiben.‘
Sie kombinierten Festkörper- komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) integrierten Schaltkreis mit einer künstlichen Lipiddoppelschichtmembran aus ATP-angetriebenen Ionenpumpen ein ‚Biochip‘ zu schaffen.
Dieser Durchbruch Studie wurde von Ken Shepard, Lau Familie Professor für Elektrotechnik und Professor für Biomedizinische Technik an der Columbia University führt.
(A) Die Illustration zeigt Biocell auf integrierten CMOS-Schaltung angebracht ist. (B) Abbildung der Membran in porenhaltigen Natrium-Kalium-Pumpe. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler einen elektronischen Chip entwickelt, die sowohl biologische als auch Festkörperkomponenten sind.
‚In ein biologisches elektronisches Gerät mit CMOS kombiniert, werden wir in der Lage sein, neue Systeme zu schaffen, nicht möglich, entweder mit Technologie allein‘, sagte Shepard.
‚Wir sind bei der Aussicht begeistert von der Palette der aktiven Geräte erweitert, die neuen Funktionen, wie zB Gewinnung von Energie aus ATP haben wird, wie es hier geschehen, oder spezifische Moleküle zu erkennen, Chips das Potenzial, zu schmecken und riechen.‘
WHAT THE CHIP von der Columbia University VERWENDET WERDEN FÜR?
Die Fähigkeit, ein System aufzubauen, das die Leistung von Solid-State-Elektronik mit den Fähigkeiten von biologischen Komponenten hat große Versprechen verbindet, sagen die Forscher.
‚Sie brauchen einen bomben Sniffing Hund jetzt, aber wenn Sie nur den Teil des Hundes nehmen kann, die nützlich ist - die Moleküle, die die Erfassungs tun - wir würden nicht das ganze Tier braucht.‘
‚Das war eine einzigartige neue Richtung für uns und es hat ein großes Potenzial Solid-State-Systeme neue Möglichkeiten zu geben, mit biologischen Komponenten.‘
Zwar gibt es einen Durchbruch mit diesen neuen Erkenntnissen war, sagte Shepard, dass CMOS-Solid-State-Elektronik hat nicht die Fähigkeit, bestimmte Funktionen lebende Systeme auszuführen oder zu replizieren, wie Schmecken, Riechen und die Verwendung von biochemischen Energiequellen.
Lebende Systeme erfüllen diese Funktionen mit ihren eigenen Versionen von Elektronik auf Basis von Lipidmembranen und Ionenkanälen und Pumpen, die als eine Art biologischen Transistor handeln.
Ladung wird in Ionenform erzeugt, die Energie und Information trägt, und die Ionenkanäle steuern den Fluss von Ionen durch die Zellmembranen.
Festkörpersysteme, wie diejenigen, die in Computern und Kommunikationsvorrichtungen, die Verwendung von Elektronen; ihre elektronischen Signale und Leistung werden durch Feldeffekttransistoren gesteuert.
Der Durchbruch könnte Systeme sehen, die weit effektiver Silizium und Biologie verschmelzen
Lebende Systeme speichern Energie in Potentialen über Lipidmembranen, aber in diesem Fall waren sie durch die Wirkung von Ionenpumpen zu schaffen.
ATP wird verwendet, um Energie zu transportieren, von wo es erzeugt wird, wo es in der Zelle verbraucht wird.
Das Team eine integrierte CMOS-Schaltung mit einem ATP-Ernte ‚biocell‘ verpackt beginnt den Prototyp zu bauen.
In Gegenwart von ATP, das System gepumpt Ionen durch die Membran, die ein elektrisches Potential durch die integrierte CMOS-Schaltung (IC) geerntet.
‚Wir haben eine makroskaligen Version dieses Systems gemacht, im Maßstab von mehreren Millimetern, um zu sehen, ob es funktioniert hat‘, sagte Shepard.
‚Unsere Ergebnisse liefern neue Einblicke in eine generaliSchaltungsModell ermöglicht uns, die Bedingungen zu bestimmen, die Effizienz der Nutzung chemischer Energie durch die Wirkung dieser Ionenpumpen zu maximieren. Wir werden nun schauen, wie Sie das System herunter zu skalieren.‘
Durch Durchführen dieses auf molekularer Ebene, die Wissenschaftler, wo die Lage, die gewünschte Funktion und diese Schnittstelle mit Elektronik zu isolieren.
‚Wir haben nicht die ganze Zelle benötigen‘, erklärt Shepard.
‚Wir greifen nur die Komponente der Zelle, die tut, was wir wollen.‘
‚Für dieses Projekt isolierten wir die ATPasen, weil sie die Proteine waren, die uns Energie aus ATP zu extrahieren erlaubt.‘
Die Fähigkeit, ein System aufzubauen, das die Leistung von Solid-State-Elektronik mit den Fähigkeiten von biologischen Komponenten kombiniert hat ein großes Versprechen.
‚Sie brauchen einen bomben Sniffing Hund jetzt, aber wenn Sie nur den Teil des Hundes nehmen kann, die nützlich ist - die Moleküle, die die Erfassungs tun - wir würden das ganze Tier nicht brauchen‘, sagt Shepard.