Tradycyjne superkomputery a bio-superkomputer

Superkomputery to urządzenia znacznie przewyższające możliwościami powszechnie używane komputery, głównie ze względu na wielokrotnie większą moc obliczeniową. Mają one szerokie zastosowanie, m.in.: w astronomii, symulacji aerodynamiki projektowanych samolotów, symulacji starzenia się głowic nuklearnych, w finansach, modelowaniu huraganów i tsunami, w badaniach nad rakiem, projektowaniu samochodów - wszędzie tam, gdzie potrzebna jest ogromna moc obliczeniowa. Obecnie najszybszym superkomputerem na świecie jest Tianhe-2, zbudowany w Chinach. Wykonuje on ponad 33 biliardy operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Wymaga do zasilania 17,6 MW mocy, natomiast razem z chłodzeniem - 24 MW. W związku z tym, że są to ogromne ilości energii elektrycznej, wiele superkomputerów potrzebuje często własnej elektrowni. Tymczasem w opracowanym przez naukowców bio-superkomputerze, zamiast elektronów, w kontrolowany sposób poruszają się krótkie łańcuchy białek (agenty biologiczne). Do wzbudzenia nie potrzebują one ładunku elektrycznego, a znacznie tańszych cząsteczek ATP, pełniących rolę molekularnych jednostek transportujących energię. Adenozynotrójfosforan, będący jedną z podstawowych substancji dla życia został wykorzystany przez naukowców jako paliwo napędzające bio-superkomputer. 

Budowa i działanie bio-superkomputera

Agenty biologiczne w bio-superkomputerze mają na celu zbadanie fizycznych struktur kodujących problemy matematyczne. Jednym z takich biologicznych agentów są cienkie, długie cząsteczki filamentów aktynowych, napędzane za pomocą motorów molekularnych (miozyn).

Bio-superkomputer w swojej strukturze ma budowę labiryntu z nanokanałów, w których poruszają się włókna białkowe lub inne ruchliwe cząsteczki mikroskopijnych rozmiarów. Wchodzą one do labiryntu i szukają drogi wyjścia. Każda ścieżka odpowiada jednemu z możliwych rozwiązań problemu. Do momentu znalezienia drogi przez jedną lub więcej z ruchliwych cząsteczek zwalniane są tysiące nowych agentów. Rozwiązanie w labiryncie daje odpowiedź na pytanie matematyczne. Istotne jest, że różne cząsteczki są w stanie znaleźć drogę przez labirynt w tym samym czasie.  

Nowy przełom technologiczny?

Naukowcy wykazali, że biologiczny superkomputer jest skuteczniejszy od swojego tradycyjnego poprzednika. Stosowane obecnie maszyny zawodzą w przypadku testowania dużej ilości różnych rozwiązań – mogą one robić tylko jedną rzecz w danym czasie. Zanim pojawi się konkretna odpowiedź, sprawdzają wszystkie możliwe opcje. Natomiast bio-superkomputer, wykorzystujący motory molekularne potrafi znaleźć wszystkie rozwiązania w krótkim czasie i jest w stanie wykonywać kilka operacji jednocześnie. Praktyczne zastosowanie bio-superkomputerów daje nadzieję na uzyskanie szybkiej odpowiedzi w wielu istotnych kwestiach, takich jak opracowywanie nowych leków czy zapewnianie prawidłowego funkcjonowania systemów inżynieryjnych. Mimo że projekt może wydawać się dla niektórych nieco abstrakcyjny, wprowadzenie bio-superkomputerów zapowiadane jest przez naukowców już w ciągu najbliższej dekady. Głównym celem jest całkowite zastąpienie superkomputerów, energooszczędnymi, przenośnymi bio-superkomputerami nowej generacji.