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未来计算机芯片由人类细胞制造?科学家:可3D构建 体积更小运行效率更高

2018-10-28 17:40 前瞻网   

科学家们已经证明,人类的细胞骨架可以用来制造计算机芯片。这些细胞可以使用微小的蛋白质结构来移动和保持他们的形状,让未来的计算机体积变得更小。

未来计算机芯片由人类细胞制造?科学家:可3D构建 体积更小运行效率更高

(图源:Shutterstock)

研究人员表示,这种新型的芯片更小、更高效,这将是计算机发展史上一个创新里程碑事件。他们声称,20世纪80年代将计算机带入大众视野的硅芯片很快就会成为“过去时”。未来,细胞或将成为芯片制造的主要来源。

英格兰西部大学一个科学家团队计了一种使用细胞骨架制造计算机芯片的方法,成功利用蛋白质支架使细胞成形。

细胞骨架是由蛋白质制成的微小支架,可使细胞形成并帮助它们移动。

未来计算机芯片由人类细胞制造?科学家:可3D构建 体积更小运行效率更高

上图为细胞及其细胞骨架的显微图像。结构主要由蛋白质肌动蛋白(红色)的蛋白质丝和由微管蛋白(绿色)制成的小管制成。

以往也有科学家用DNA制作过芯片,但在最新的实验中,英格兰西部大学的专家提议用一种完全不同的微观结构制造新型计算机芯片。

细胞因子由仅25纳米宽的蛋白质结构组成——大约是肝炎病毒长度的一半。而计算信号可以通过构成细胞因子的两种蛋白质发送:肌动蛋白和微管蛋白。

细胞骨架是由蛋白质构成的微小支架,它们赋予细胞形状,并帮助细胞移动。它们利用原子和电子的运动在整个细胞内传输数据,科学家可以操纵这些信号进行基本计算。

如图所示,这是一个细胞和它的细胞骨架的显微图像,它主要是由蛋白质肌动蛋白(图中红色部分)和微管蛋白(图中绿色部分)构成的管状结构。

根据该团队的新理论模型,这些信号可用于生成“逻辑门”(logic gates),后者是数字计算机的基本单元之一。

他们称,细胞骨架设备比DNA芯片具有优势,因为它们能更简单、更高效地处理信号。

这些细胞也可以方便构建成3D结构,不同以往用硅必须保持平整的天然缺陷。这意味着细胞骨架芯片可以聚集成数百万个处理器链,而不会占用太多空间。

细胞骨架非常小,因此它消耗能量很少,这使得它们比传统硅芯片效率更高。要知道,目前,单个超级计算机消耗的能量与成千上万家庭的耗能一样多。

曼彻斯特大学的研究员Ross King教授表示:“当前一台超级计算机消耗的能量相当于数千台细胞骨架计算机所需能量,使用生物芯片,你可以在一个狭小的空间里获得更多的数量级变化。”

“未来,你将可以拥有一台桌面大小的超级计算机,它只需使用一小部分功率。”

生物计算机也称仿生计算机,主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子,并以此作为生物芯片来替代半导体硅片,利用有机化合物存储数据。

在生物计算机中,信息以波的形式传播,当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链中单键、双键结构顺序的变化。其运算速度要比当今最新一代计算机快10万倍,它具有很强的抗电磁干扰能力,并能彻底消除电路间的干扰。

很关键的一点是,其能量消耗大约仅相当于普通计算机的十亿分之一,且具有巨大的存储能力。

另外,生物计算机具有生物体的一些特点,如能发挥生物本身的调节机能,自动修复芯片上发生的故障,还能模仿人脑的机制等。这意味着,若能使生物本身的修复机制得到发挥,则即使芯片出了故障也能自我修复。

 

责任编辑: 3980SYN

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