Chimique qui fournit de l'énergie aux cellules de notre corps pourrait alimenter des machines, Daily Mail en ligne
- Utilisé une petite puce électronique avec des gravures et des électrons remplacé par l'ATP
- Utilise des réseaux parallèles comme un super-ordinateurs électroniques massives ne
- Combiner pourraient Researches appareil à un ordinateur régulier pour former hybride
- L'an dernier, scientifique a révélé puce électronique avec des composants biologiques et à l'état solide avec l'espoir mélange sens avec des composants électroniques
Superordinateurs peuvent traiter des informations sur 100 millions de fois plus rapide qu'un PC, mais pour alimenter et refroidir le système massif peut également coûter des millions de dollars.
Les chercheurs travaillent sur un supercalculateur biologique efficace de l'énergie, qu'ils espèrent "changera la supercalculateurs manière de construire.
L'équipe a remplacé les électrons dans une puce avec une substance qui donne de l'énergie des cellules humaines avec l'espoir de réduire les coûts et maintenir le système de la surchauffe.
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Les chercheurs travaillent sur un supercalculateur biologique efficace de l'énergie, la taille d'un livre. L'équipe estime que par remplace les électrons dans une puce avec la substance qui donne de l'énergie des cellules humaines, la nouvelle technologie réduira l'énergie et la surchauffe dans le système
« L'ordinateur se compose d'un spécialement conçu, le réseau nanostructuré exploré par un grand nombre de entraîné par un moteur moléculaire, filaments de protéines, » les chercheurs de l'Université McGill inclus dans l'étude publiée dans les Actes de l'Académie nationale des sciences.
COMMENT EST « ORDINATEUR DE VIE » PLUS EFFICACES?
Les agents (protéines) sont disponibles en grand nombre à un coût négligeable.
Ils sont autopropulsé et ne nécessitent donc pas une force motrice globale, externe;
Les protéines fonctionnent indépendamment les uns des autres pour assurer l'exploration parallèle et ont des dimensions réduites pour permettre l'utilisation dans des réseaux à haute densité avec une puissance de calcul élevée par unité de surface.
La substance se déplace rapidement pour maximiser la vitesse de calcul et se déplace dans une direction essentiellement vers l'avant (pour assurer un faible taux d'erreur).
« Ce système est très économes en énergie, évitant ainsi les problèmes de chauffage limitant les ordinateurs électroniques. »
L'équipe a utilisé adénosine triphosphate (ATP) en tant que source d'alimentation pour les ordinateurs de pointe et le modèle créé est beaucoup plus petit, consomme moins d'énergie, car il utilise des protéines présentes dans toutes les cellules vivantes de fonctionner, rapporte l'Université McGill dans un récent communiqué de presse.
«Nous avons réussi à créer un réseau très complexe dans une zone très petite, dit Dan Nicolau, Sr.
« Cela a commencé comme un dos d'une idée d'enveloppe, après trop de rhum, je pense, avec des dessins de ce qui ressemblait à de petits vers explorer des labyrinthes. »
Ce nouveau concept donné naissance à de «une combinaison de modélisation géométrique et ingénierie savoirfaire (à l'échelle nanométrique).
C'est cette première étape en montrant les capacités des supercalculateurs biologiques et la façon dont ils se produiront.
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Le circuit ressemble à un occupé, mais très organisée, ville avec des routes comme on le voit d'un avion.
Tout comme dans une ville, des voitures et des camions de différentes formes et tailles, alimentés par différents types de moteurs sont zipping autour des routes du carburant qu'ils consomment doivent continuer d'avancer.
Dans le cas de la présente étude, la ville est une puce d'environ 1,5 cm de côté dans lesquels les « routes » ont été gravés dans.
Les chercheurs ont remplacé les électrons traditionnels qui sont propulsés par une charge électrique, avec des « chaînes » de chaussures de protéines qui se déplacent autour de la puce d'une manière commandée alimenté par l'ATP.
Toutes ces fonctionnalités garderont le système de devenir trop chaud et à la consommation d'énergie à un minimum.
Représentation schématique de la disposition réelle de l'appareil utilisé pour les microtubules (photo), y compris les zones de chargement pour les microtubules (zones semblable à un ballon vert), les canaux traversés par les microtubules pendant le calcul (lignes vert), et les canaux qui ne doivent pas être traversés ( lignes grises)
« Nous avons mis l'approche de calcul proposée avec des agents biologiques qui satisfont aux exigences suivantes: Les agents (protéines) sont disponibles en grand nombre à un coût négligeable; sont autopropulsé et ne nécessitent donc pas une force motrice globale, externe; fonctionner indépendamment les uns des autres pour assurer l'exploration parallèle; ont de petites dimensions pour permettre l'utilisation dans des réseaux à haute densité avec une puissance de calcul élevée par unité de surface; déplacer rapidement pour maximiser la vitesse de calcul; et se déplacer dans une direction essentiellement vers l'avant (pour assurer un faible taux d'erreur), » selon l'étude.
«Maintenant que ce modèle existe comme un moyen de traiter avec succès avec un seul problème, il va y avoir beaucoup d'autres qui vont suivre et essayer de le pousser plus loin, en utilisant différents agents biologiques, par exemple, dit Nicolau.
Les chercheurs ont remplacé les électrons traditionnels qui sont propulsés par une charge électrique, avec des « chaînes » de chaussures de protéines qui se déplacent autour de la puce d'une manière commandée alimenté par l'ATP (à droite). Toutes ces fonctionnalités garderont le système de devenir trop chaud et utiliser l'énergie garder à un minimum
« Il est difficile de dire combien de temps il sera avant de voir une pleine échelle bio super-ordinateur.
« En ce moment, nous travaillons sur une variété de façons de pousser plus loin la recherche. »
Ils ont combiné circuit intégré métal-oxyde-semi-conducteur complémentaire à l'état solide (CMOS) avec une membrane de bicouche lipidique artificielle en pompes ioniques ATP-alimentés pour créer une « biopuce ».
Cette étude de percée a été menée par Ken Shepard, Lau famille Professeur de génie électrique et professeur d'ingénierie biomédicale à l'Université Columbia.
(A) illustration représentant biocell attaché à circuit intégré CMOS. (B) Illustration de membrane à pores contenant les pompes sodium-potassium. Pour la première fois, scientifique ont mis au point une puce électronique qui est à la fois biologiques et composants à l'état solide.
«En combinant un dispositif électronique biologique avec CMOS, nous serons en mesure de créer de nouveaux systèmes ne soit possible avec la technologie seule, dit Shepard.
« Nous sommes très enthousiastes à l'idée d'élargir la palette des dispositifs actifs qui auront de nouvelles fonctions, telles que l'énergie de la récolte de l'ATP, comme cela a été fait ici, ou en reconnaissant des molécules spécifiques, donnant des puces le potentiel de goût et l'odorat. »
QU'EST-CE QUE LA PUCE DE L'UNIVERSITÉ COLUMBIA être utilisé?
La capacité de construire un système qui combine la puissance de l'électronique à l'état solide avec les capacités des composants biologiques a une grande promesse, disent les chercheurs.
« Vous avez besoin d'un chien renifleurs, mais si vous pouvez prendre seulement la partie du chien qui est utile - les molécules qui font la détection - nous pas besoin de l'animal entier. »
«C'était tout à fait une nouvelle direction unique pour nous et il a un grand potentiel pour donner des systèmes à l'état solide de nouvelles fonctionnalités avec des composants biologiques. »
Bien qu'il y ait eu une percée avec ces nouvelles découvertes, Shepard dit que CMOS électronique à semi-conducteurs n'ont pas la possibilité d'effectuer ou de reproduire certaines fonctions des systèmes vivants, comme goût, l'odorat et l'utilisation des sources d'énergie biochimiques.
Les systèmes vivants remplissent ces fonctions avec leurs propres versions de l'électronique à base de membranes lipidiques et des canaux et des pompes ioniques, qui agissent comme une sorte de transistor biologique.
La charge est produite sous forme d'ions, qui transporte de l'énergie et des informations, et des canaux ioniques contrôler le flux d'ions à travers les membranes cellulaires.
Les systèmes semi-conducteurs, tels que ceux des ordinateurs et des appareils de communication, des électrons d'utilisation; leur signalisation électronique et de puissance sont commandés par des transistors à effet de champ.
La percée pourrait voir les systèmes qui mélange le silicium et la biologie beaucoup plus efficacement
Les systèmes vivants stockent l'énergie dans les potentiels à travers les membranes lipidiques, mais dans ce cas, ils ont été créer par l'action des pompes ioniques.
ATP est utilisé pour transporter l'énergie de l'endroit où elle est générée à l'endroit où il est consommé dans la cellule.
L'équipe emballé d'un circuit intégré CMOS avec un ATP-récolte « biocell » pour commencer à construire le prototype.
En présence d'ATP, le système par pompage des ions à travers la membrane, ce qui produit un potentiel électrique récolté par le circuit intégré CMOS (IC).
«Nous avons fait une version macroscale de ce système, à l'échelle de quelques millimètres, pour voir si cela a fonctionné, dit Shepard.
« Nos résultats fournissent un nouvel éclairage sur un modèle de circuit généralisé, ce qui nous permet de déterminer les conditions afin de maximiser l'efficacité de l'exploitation de l'énergie chimique grâce à l'action de ces pompes ioniques. Nous allons maintenant examiner comment à l'échelle du système vers le bas.
En effectuant cela sur un niveau moléculaire, les scientifiques où capable d'isoler la fonction souhaitée et de l'interface avec cette électronique.
«On n'a pas besoin de la cellule entière, Shepard explique.
« Nous saisissons simplement la composante de la cellule qui est fait ce que nous voulons. »
« Pour ce projet, nous avons isolé les ATPases parce qu'ils étaient les protéines qui nous ont permis d'extraire l'énergie de l'ATP. »
La capacité de construire un système qui combine la puissance de l'électronique à l'état solide avec les capacités des composants biologiques est très prometteur.
«Vous avez besoin d'un chien renifleurs, mais si vous pouvez prendre seulement la partie du chien qui est utile - les molécules qui font la détection - nous pas besoin de l'animal entier, dit Shepard.