上帝之脑

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  “人类一思考,上帝就发笑。”这句如今广为流传的警句道出了捷克作家米兰昆德拉对生命和整个人类世界的全部感悟,因为人的自作聪明,也因为人自身的渺小和微不足道。在虔诚的西方基督徒眼中,人是上帝创造的产品,没有思考的权力。
  假如DNA开始思考,人类就会会心地微笑,因为人类就是创造这种思考的上帝。
  通过增加DNA的量来轻松提高计算机的性能,这也许在不久后即可实现,科学家们发现了如何让DNA分子之间自发地组成具有计算能力的办法。
  电影《终结者》所描绘的天网智能,很有可能在不久的将来实现,也许就在10年之后。
  目前电脑常用的硅芯片,经过近些年的发展,科学家很难有办法将它变得又快又小。于是,科学家们另辟蹊径,选择具有自我复制能力的DNA来生产人造DNA,并使人造DNA能通过一定的方式进行配对,自发形成三维空间的双螺旋结构。
  科学家设法让这些DNA吸附上其他物质,如双色荧光标记,来跟踪其复制过程,同时还用测序仪对自动运行过程进行实时监测等,以最终完成模拟电子计算机来处理信号的人造DNA处理品。
  将硅纳米管吸附到这种人造DNA分子的终端,两个硅纳米管之间的DNA接口处镀上金属,就可以自发形成回流电路,进行运算。无数的DNA电路放在同一块板上,就形成了芯片。目前,科学家已经将1万亿个这样的微小电路放在同一芯片上进行处理工作。
  科学家表示,由于自我复制过程中会出现错误,因此,在电路的设计中可以适当地多增加一些人造DNA,以掩盖可能出现的错误。设计的关键是要让电路系统具有大量的简单成分,这样,任何一个电路失灵对整个系统的影响都会极小。
  这种DNA自发组成的计算机将会变得特别小,运行速度特别快,成本特别便宜且耗电特别少。
  麻省理工大学的艾伯肖教授说:“如果想要计算功能,我只需要把计算分子DNA从瓶子里倒在桌子上,它们就能自己组成相应的计算单元,如果觉得运算能力还不够,只要再倒一些在桌子上就可以了。每一个组成的计算单元大小是量子级的,而且计算单元之间可以协同计算。如此强大的计算功能其造价又是如此的低。”
  很多科学家表示,虽然目前的DNA计算机还不具有商业运用的价值,但是其强大的并行运算能力和以生物分子为计算物质的特征是传统的电子计算机所不具备的。
  由于这种计算机系统具有双向平行的多路电路结构,最适合处理最优化问题。比如,你要旅行许多国家,最好的旅行路线是什么?回答这样的问题要经过非常复杂的计算,要很大的计算能力才能完成。但使用DNA计算机就能轻松搞定。
  在不久的将来,DNA计算机最终将会用于纳米晶体管、纳米电路和纳米芯片的模板,可被用来开发新一代的基因分型技术,处理基因组的信息,或用注入到人体内的DNA计算机进行基因治疗,以帮助身体如骨头的缝合与康复。
  除了电脑向生物工程看齐,作为电脑的灵魂——软件,今后也会模仿生物进化,自动升级换代,即遗传算法,它是模仿生物遗传学和自然选择机理,通过人工方式构造的一类优化搜索算法,是对生物进化过程进行的一种数学仿真,是进化软件的一种最重要形式。
  我们现在手头使用的电子计算机软件,大多采用二进制编码,最大缺点之一是长度较大,对很多问题不能有效解决。遗传算法是一种基于空间搜索的算法,它通过自然选择、遗传、变异等操作以及达尔文适者生存的理论,模拟自然进化过程来寻找所求问题的解答。
  进化编程又称为进化规划(Evolutionary Planning),是遗传算法的根基,由美国计算机专家福格尔(Fogel)小组在1962年提出的一种模仿人类智能的方法,根据正确预测的符号数来度量适应值。通过变异,为父代群体中的每个机器状态产生一个子代,父代和子代中最好的部分被选择生存下来。这完全是模拟进化论中的优胜劣汰法则。
  基于DNA电脑技术和模拟进化软件,科学家们又立志于创造人工生命。人类长期以来一直力图用科学技术方法模拟自然界,包括人脑本身。人工生命的许多早期研究工作也源于人工智能。20世纪60年代罗森布拉特研究感知机,斯塔尔建立细胞活动模型,林登迈耶提出了生长发育中的细胞交互作用数学模型。这些模型支持细胞间的通信和差异。
  20世纪70年代以来,康拉德等研究人工仿生系统中的自适应、进化和群体动力学,提出不断完善的“人工世界”模型。80年代,小链接:
  世界首台DNA计算机
  2003年底,世界首台可玩游戏的互动式DNA计算机面世,这是DNA计算机研究领域的新突破。这个名为“MAYA”的DNA计算机系统由美国哥伦比亚大学的斯托贾诺维克和新墨西哥大学的斯蒂芬维克研制。
  如果说“MAYA”问世会引起一场计算机革命,其根源就要追溯到1994年的一个夜晚了。这天午夜,美国南加州大学的计算机专家阿德勒曼在阅读一本名为《基因分子生物学》的书籍时,突然意识到人类的细胞与计算机存储信息的方式非常类似。计算机以二进制的“0”和“1”两个数字进行数据存储,而生物的DNA则以A、T、C、和G四个字母代表的四种核苷酸作为基本结构。这年11月,阿德勒曼在《科学》杂志上公布了他的DNA计算机理论,并成功运用DNA计算机解决了一个复杂的数学问题,这一成果迅速在国际上产生巨大反响,由此开创了DNA计算机研究的新纪元。此后,全球十几个国家和地区的研究人员投入到DNA计算机的研究中。并取得许多突破性进展。
  在DNA计算机中,DNA绝大多数都是悬浮于充满液体的试管之中执行运算的。DNA溶液代替了电子芯片,每个DNA片段本身就是一个微型处理器,它们各自进行计算。与传统电子计算机以“0”和“1”来代表信息不同,在DNA计算机中,信息将以分子代码的形式排列于DNA上,特定的酶可充当“软件”来完成所需的各种信息处理工作。当DNA分子间在某种酶的作用下瞬间完成某种生物化学反应时,可以从一种基因代码变为另一种基因代码作为输入数据,反应后的基因代码就可以作为运算结果。
  DNA计算机的贮存容量非常大,1立方分米的DNA溶液可以存储1万亿亿位二进制的数据,超过目前所有计算机的储存容量,这意味着,即使其中一次反应耗费很长时间,单位时间内完成的计算量还是远远超过任何超级电子计算机,而其能量消耗只有普通计算机的十亿分之一。
  当然,DNA计算机还有许多技术问题需要解决。如有时轻微的振荡就会使DNA断裂,有些DNA会粘在试管壁上,并在计算中丢失了。种种不足并没有阻碍DNA计算机的进一步发展,科学家们期望某一天能将微型DNA计算机注入人体,开展杀死病毒、修复正常细胞等工作。也许将来我们的工作和生活都离不开DNA计算机。
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