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什麼是 生物計算 ( Biocomputing ) ? 2024 年有新進展?

生物計算 (Biocomputing) 又稱 生體運算,是一個前沿技術領域,處於生物學、工程學和計算機科學的交匯處,它旨在利用細胞或其亞組分分子(如DNA或RNA)來執行傳統上由電子計算機完成的功能。生物計算的最終目標是模仿我們身體的一些生物“硬體”,並將其用於計算需求,從簡單到複雜,這包括以下幾點:

  1. 使用DNA或RNA作為信息存儲和數據處理的媒介。
  2. 將神經元相互連接,類似於我們大腦中的連接方式。
  3. 從基因組層面設計計算硬體。

是矽晶片和電子流動以外的計算技術

計算技術可能不再僅僅是矽晶片和電子流動來處理信息,為了解決因使用更多數據的能耗問題,已有許多開發新硬件嘗試。其中包括:

  • 量子計算:這種技術不僅限於使用電子,還可以利用作為粒子或波的光子進行信息處理。
  • 神經形態計算:這種技術從生物學中汲取靈感,旨在有效地處理信息。人腦被視為構建新電路的黃金標準,這些電路由不同材料和不同拓撲構建。在這些新電路中,主要使用電子(如傳統計算機)和光子(如光子計算)來處理信息。
  • 生物計算:在這裡,生物元素被用作計算系統的一部分。我們不僅僅是“構建一個受人類神經系統啟發的計算機”,而是使用生物元素來處理信息。

生物計算 ( Biocomputin g) 可能嗎?細胞就能儲存數據

細胞在計算方面比我們最好的計算機更強大。例如:

  1. 細胞在DNA中存儲數據。
  2. 接收RNA中的化學輸入(數據輸入)。
  3. 使用核糖體執行複雜的邏輯運算。
  4. 通過合成蛋白質產生輸出。

生物計算的工程挑戰在於如何對DNA或RNA等有機化合物之間的反應進行精細控制。

過熱與高能耗

傳統計算機使用微晶片,這些晶片會迅速升溫。超級計算機通常是由幾台高速傳統計算機組成的單位。儘管如此,超級計算機耗能巨大,升溫迅速,並需要大規模冷卻設備才能全速運行。另一方面,生物材料可以在不使用大量能量的情況下進行計算和數據處理,並且不會顯著升溫。

多任務處理

普通計算機一次執行一個任務,並快速切換任務,給用戶提供同時運行多個任務的無縫體驗。生物系統則進行“並行計算”——即多個任務可以真正同時執行。早期概念驗證工作已經完成,使用了肌球蛋白(一種引起肌肉收縮並將化學能量轉化為機械能的超級家族運動蛋白),使用肌球蛋白的生物計算可以同時執行多個計算。

自組織和自修復

生物分子還具有智能自組織和自修復的能力。因此,生物計算工程師需要找到方法,在生物分子“硬體”之上模擬這種智能“軟體”,以生產、組織和修復生物計算系統,類似於一個活體生物,生物系統中的“軟體”負責生產和組裝硬體,這反過來將有助於運行軟體。

什麼是 生物計算 ( Biocomputing ) ? 2024 年有新進展?圖片來自 finalspark

雖然生物計算仍處於早期階段,但生物計算機有潛力無比強大,隨著更多2024更多科研消息出現,相信很快我們可以看到更多生物計算的成果。

參考資料:

https://finalspark.com/what-is-biocomputing/

https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_computing

圖片來源:

https://www.businesswire.com/news/home/20240515701469/en/FinalSpark-Launches-the-First-Remote-Research-Platform-Using-Human-Neurons-for-Biocomputing?_gl=117ejwj2_gaMTk0MDgzMDA4LjE3MTU2MDI3OTQ._ga_ZQWF70T3FK*MTcxNTc3MTYwMS42LjEuMTcxNTc3MTYxMi40OS4wLjA

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