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研究蜻蜓的飞行制造出了直升机;对青蛙眼睛的表面“视而不见”,实际“明察秋毫”的认识,研制出了电子蛙眼;对苍蝇飞行的研究,仿制出一种新型导航仪——振动陀螺仪,它能使飞机和火箭自动停止危险的“跟头”飞行,当飞机强烈倾斜时,能自动得以平衡,使飞机在最复杂的急转弯时也万无一失;对蝙蝠没有视力,靠发出超声波来定向飞行的特性研究,制造出了雷达、超声波定向仪等;对“变色龙”的研究,产生了隐身科学和保护色的应用……通过对自然界生物特性的研究与模仿,来为人类社会更好地服务,这门学科叫仿生学。
那么仿生学能不能应用到计算机领域中呢?
科学家通过对生物组织体研究,发现组织体是由无数的细胞组成,细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成,而有些有机物中的蛋白质分子像开关一样,具有“开”与“关”的功能。因此,人类可以利用遗传工程技术,仿制出这种蛋白质分子,用来作为元件制成计算机。科学家把这种未来计算机叫作“生物计算机”。
下面先让我们来欣赏一下生物计算机的特异功能吧。
生物计算机的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。生物元件比硅芯片上的电子元件要小很多,甚至可以小到几十亿分之一米,而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构,其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级。如让几万亿个DNA分子在某种酶的作用下进行化学反应,就能使生物计算机同时运行几十亿次。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能,其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍,能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一,存储信息的空间仅占百亿亿分之一。生物芯片一旦出现故障,可以进行自我修复,所以具有自愈能力。生物计算机具有生物活性,能够和人体的组织有机地结合起来,尤其是能够与大脑和神经系统相连。这样,生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥,成为人脑的辅助装置或扩充部分,并能由人体细胞吸收营养补充能量,因而不需要外界能源。它将成为能植入人体内,成为帮助人类学习、思考、创造、发明的最理想的伙伴。另外,由于生物芯片内流动电子间碰撞的可能极小,几乎不存在电阻,所以生物计算机的能耗极小。
1983年,美国公布了研制生物计算机的设想之后,立即激起了发达国家的研制热潮。当前,美国、日本、德国和俄罗斯的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究。从1984年开始,日本每年用于研制生物计算机的科研投资为86亿日元。1995年,来自各国的200多位有关专家共同探讨了DNA(脱氧核糖核酸)计算机的可行性,认为DNA分子间在酶的作用下可以从某基因代码通过生物化学的反应转变为另一种基因代码,转变前的基因代码可以作为输入数据,反应后的基因代码可以作为运算结果。利用这一过程可以制成新型的生物计算机。
现今科学家已研制出许多生物计算机的主要部件——生物芯片,如合成蛋白芯片、血红素芯片、赖氨酸芯片等。美国明尼苏达州立大学已经研制成世界上第一个“分子电路”,由“分子导线”组成的显微电路只有目前计算机电路的千分之一。美国南加州大学计算机科学家伦纳德·艾德曼已研制成功一台DNA计算机。
生物工程是全球高科技领域最具活力和发展潜力的一门学科,加上计算机、电子工程等学科的专家通力合作,有可能在21世纪中期将实用的生物计算机推向世界。
编辑/李章
那么仿生学能不能应用到计算机领域中呢?
科学家通过对生物组织体研究,发现组织体是由无数的细胞组成,细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成,而有些有机物中的蛋白质分子像开关一样,具有“开”与“关”的功能。因此,人类可以利用遗传工程技术,仿制出这种蛋白质分子,用来作为元件制成计算机。科学家把这种未来计算机叫作“生物计算机”。
下面先让我们来欣赏一下生物计算机的特异功能吧。
生物计算机的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。生物元件比硅芯片上的电子元件要小很多,甚至可以小到几十亿分之一米,而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构,其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级。如让几万亿个DNA分子在某种酶的作用下进行化学反应,就能使生物计算机同时运行几十亿次。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能,其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍,能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一,存储信息的空间仅占百亿亿分之一。生物芯片一旦出现故障,可以进行自我修复,所以具有自愈能力。生物计算机具有生物活性,能够和人体的组织有机地结合起来,尤其是能够与大脑和神经系统相连。这样,生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥,成为人脑的辅助装置或扩充部分,并能由人体细胞吸收营养补充能量,因而不需要外界能源。它将成为能植入人体内,成为帮助人类学习、思考、创造、发明的最理想的伙伴。另外,由于生物芯片内流动电子间碰撞的可能极小,几乎不存在电阻,所以生物计算机的能耗极小。
1983年,美国公布了研制生物计算机的设想之后,立即激起了发达国家的研制热潮。当前,美国、日本、德国和俄罗斯的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究。从1984年开始,日本每年用于研制生物计算机的科研投资为86亿日元。1995年,来自各国的200多位有关专家共同探讨了DNA(脱氧核糖核酸)计算机的可行性,认为DNA分子间在酶的作用下可以从某基因代码通过生物化学的反应转变为另一种基因代码,转变前的基因代码可以作为输入数据,反应后的基因代码可以作为运算结果。利用这一过程可以制成新型的生物计算机。
现今科学家已研制出许多生物计算机的主要部件——生物芯片,如合成蛋白芯片、血红素芯片、赖氨酸芯片等。美国明尼苏达州立大学已经研制成世界上第一个“分子电路”,由“分子导线”组成的显微电路只有目前计算机电路的千分之一。美国南加州大学计算机科学家伦纳德·艾德曼已研制成功一台DNA计算机。
生物工程是全球高科技领域最具活力和发展潜力的一门学科,加上计算机、电子工程等学科的专家通力合作,有可能在21世纪中期将实用的生物计算机推向世界。
编辑/李章