Sitne Molekule Mogu Riješiti Probleme Superračunala Uzimaju Živote Za Puknuće

{h1}

Nova istraživanja otkrivaju da će se biološki molekuli koji potpomažu mišiće smanjiti za jedan dan kako bi se riješili nerješivi problemi zbog kojih bi tradicionalnim superračunalima trebalo čitav život.

Molekuli koji pomažu da se mišići stisnu, jednog dana bi mogli pomoći pokretanju nove vrste molekularnog superračunala, rekli su istraživači.

Znanstvenici su dodali da bi ta biološka računala brzo mogla riješiti složene probleme kojima će konvencionalnim superračunalima trebati više ili više života.

Suvremena superračunala nevjerojatno su snažna. Najbrži svjetski superračunalni računalnik Tianhe-2 u Kini sposoban je izvršiti do oko 55 kvadratnih milijardi izračuna u sekundi, što je mnogo tisuća puta više od stolnog računala ili konzole za video igre.

Međutim, konvencionalna superračunala obično rade operacije u slijedu, jedna po jedna. Suprotno tome, mozak može obavljati više operacija istovremeno ili paralelno. Ljudski mozak također pokreće ove stanične procese kemijskim pretvaranjem molekule adenozin-trifosfata ili ATP-a u druge molekularne oblike, energetski učinkovit proces koji stvara puno manje topline nego silicijski čips.

Ti čimbenici mogu djelomično objasniti zašto mozgovi mogu riješiti određene probleme mnogo brže nego što to mogu konvencionalna superračunala trošiti manje energije. Na primjer, ljudski mozak troši samo oko 20 vata snage, što je jedva dovoljno za pokretanje prigušene žarulje, dok Tianhe-2 troši oko 17,8 megavata snage, što je dovoljno za pokretanje oko 900 000 takvih žarulja. [10 stvari koje niste znali o mozgu]

Biološko računalo

Sada, istraživači sugeriraju da bi ATP mogao pomoći napajanju novog računala koje paralelno obavlja račune, pomalo kao što radi ljudski mozak.

"Postoje problemi koje elektronička računala mogu vrlo dobro riješiti. Samo ciljamo riješiti probleme koje elektronička računala nisu dobra u rješavanju", rekao je za WordsSideKick.com stariji autor Dan Nicolau Sr., kemijski inženjer sa Sveučilišta McGill u Montrealu.

Nicolau je počeo raditi na ideji za ovaj uređaj prije više od desetljeća sa svojim sinom, voditeljem studije Danom Nicolauom Jr., na Kalifornijskom sveučilištu u Berkeleyu. "Ovo je počelo kao ideja za povratnu omotnicu, nakon previše ruma, mislim, crtežima onoga što je izgledalo kao mali crvi koji istražuju labirint", rekao je stariji Nicolau u izjavi.

Ti piškoti na crveni rum na kraju su se pretvorili u kvadratni, stakleni obloženi silicijski čip širine oko 0,6 inča (1,5 centimetara), na koji su dvojica istraživača ugravirala mikroskopske kanale, svaki širine manje od 250 nanometara. (To je tanji od valne duljine vidljive svjetlosti.) Čip, sa svojom mrežom sitnih kanala, djeluje pomalo poput minijaturne verzije gradske mreže.

Istraživači su poslali vlakna proteina plivajući se unutar kanala, krećući se poput automobila na gradskim cestama. Ti "agensi", kako su ih znanstvenici nazivali, sastojali su se od aktinskih filamenata i mikrotubula, proteina koji čine unutrašnju strukturu stanica. Agente su pokretali molekularnim motorima poput miozina, koji pomaže mišiću kontrakcije, i kinezina, koji pomaže u transportu tereta unutar stanica. Istraživači su koristili ATP za napajanje ovih molekularnih motora i dodavali fluorescentne naljepnice na agense kako bi ih vizualno pratili.

Agenti ulaze u jedan kut uređaja i mogu otići iz različitih izlaza. Oni se nasumično mogu preusmjeriti niz kanale na nekoliko spojeva unutar čipa. Izgled kanala uređaja odgovara problemu koji znanstvenici žele riješiti, a izlaz koji agenti biraju predstavlja potencijalne odgovore.

Nerazrješivi problemi

Znanstvenici su testirali svoj novi uređaj na grupi problema poznatih kao NP-potpuni problemi. U ovakvoj vrsti zagonetke moglo bi se brzo potvrditi djeluje li neko rješenje ili ne, ali brzo se ne može pronaći najbolje rješenje problema.

Jedan klasičan primjer slaganja NP-a je "problem prodavača putovanja", u kojem netko dobiva popis gradova i mora pronaći najkraću moguću rutu iz grada koji točno jednom posjeti svaki drugi grad i vrati se na početnu lokaciju. Iako bi se moglo brzo saznati dolazi li ruta do svih gradova i ne ide li u bilo koji grad više od jedanput, potvrda je li ta ruta najkraća uključuje pokušaj svake pojedine kombinacije. Ova strategija brutalne sile postaje znatno složenija s povećanjem broja gradova.

Rješavanje ove vrste problema moglo bi poboljšati otpremu robe i usmjeravanje paketa podataka, rekli su istraživači. [Top 10 izuma koji su promijenili svijet]

Ako bi istraživači htjeli koristiti svoje uređaje za napad na problematičnog prodavača, poslali bi bezbroj molekula koje lutaju unutar tih mreža, "slično poput slanja milijuna putničkih prodavača koji trče amokom iz grada u grad i vide koji putevi izgledaju najperspektivnije". Rekao je Nicolau.

U najnovijim eksperimentima istraživača, testirali su svoj novi uređaj na NP-kompletnoj verziji problema zbroja podskupina. U ovom je problemu dan skup cjelobrojnih brojeva - cijeli brojevi kao što su 1 i negativni 1, ali ne i frakcije kao što je polovica - i mora se pronaći postoji li podskup onih cijelih brojeva čiji je zbroj jednak nuli.

U eksperimentima sa skupom od tri cjelobrojna broja - 2, 5 i 9 - istraživači su pokazali da je njihov uređaj gotovo cijelo vrijeme dobio točan odgovor. Uređaj bi potrošio oko 10 000 puta manje energije po izračunu nego elektronički kompjuteri, objavili su istraživači u studiji objavljenoj na mreži 22. veljače u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.

Pronalaženje odgovora na taj jednostavan problem može se činiti trivijalno, ali novi uređaj služi kao dokaz koncepta za zamršenije verzije čipa koji mogu riješiti složenije probleme, rekli su istraživači. Na primjer, problem zbroja podskupina postaje eksponencijalno teži što je moguće više analizirati. "Najbolje moguće prijenosno računalo ne bi uspjelo riješiti zbirnu skupinu koja uključuje prvih 30 glavnih brojeva", rekao je Nicolau.

Prethodna su istraživanja sugerirala da "rješavanjem jednog NP-kompletnog problema, sve ih se može riješiti", rekao je Nicolau. "Dakako, ako se naš posao može riješiti problema putničkog prodavača, to može imati vrlo praktičnu primjenu."

Iako drugi pristupi, kao što je kvantno računanje, istovremeno provode i mnoga izračuna, komponente koje se koriste u kvantnim računalima lakše se uništavaju od molekularnih strojeva korištenih u novoj studiji, rekli su istraživači.

Jedno potencijalno ograničenje ovog pristupa je kako se agenti trenutno dovode u uređaje u kutu svakog čipa, rekli su istraživači.

"Što više agenata imate, više vremena vam je potrebno da ih nahranite i izvršite proračun", rekao je Nicolau. "Postoji nekoliko načina na koje možemo riješiti problem, poput razdvajanja svakog uređaja na više uređaja koji svaki rješavaju dio problema."

Pratite Charlesa Q. Choija na Twitteru @cqchoi, Prati nas @wordssidekick, Facebook . Izvorni članak o WordsSideKick.com.

Sitne Molekule Mogu Riješiti Probleme Superračunala Uzimaju Živote Za Puknuće


Video Dodatak: .




Istraživanje


Jesu Li Bradavice Zarazne?
Jesu Li Bradavice Zarazne?

Ova Elektronička Koža Može Pomoći U Sprječavanju Da Nas Roboti Ruše
Ova Elektronička Koža Može Pomoći U Sprječavanju Da Nas Roboti Ruše

Znanost Vijesti


Zašto Se Ljudi Muče S Emocijama
Zašto Se Ljudi Muče S Emocijama

Duboki Muški Glasovi Koji Se Najviše Pamte Kod Žena
Duboki Muški Glasovi Koji Se Najviše Pamte Kod Žena

Gdje Će Uragan Irma Napraviti Podzemlje?
Gdje Će Uragan Irma Napraviti Podzemlje?

Istraživački Laboratorij Sa Sjedištem U Velikoj Britaniji Kaže Kako Je Uređivanje Ljudskih Embrija
Istraživački Laboratorij Sa Sjedištem U Velikoj Britaniji Kaže Kako Je Uređivanje Ljudskih Embrija "Moralno Dopušteno"

Američke Cijene Pretilosti Mogu Se Poravnati
Američke Cijene Pretilosti Mogu Se Poravnati


HR.WordsSideKick.com
Sva Prava Pridržana!
Umnožavanje Bilo Koje Materijale Dozvoljen Samo Prostanovkoy Aktivni Link Na Stranicu HR.WordsSideKick.com

© 2005–2024 HR.WordsSideKick.com