Mažytės Molekulės Gali Padėti Išspręsti Problemas, Kurias Gali Sukelti Superkompiuteriai

{h1}

Biologinės molekulės, padedančios raumenims susitraukti, vieną dieną galėtų būti panaudotos neišsprendžiamoms problemoms, kurias tradiciniams superkompiuteriams prireiktų visą gyvenimą, nulaužti, rodo nauji tyrimai.

Mokslininkai teigė, kad molekulės, padedančios raumenims susitraukti, vieną dieną galėtų padėti vairuoti naujos rūšies molekulinį superkompiuterį.

Šie biologiniai kompiuteriai galėtų greitai išspręsti sudėtingas problemas, kurias įprasti įprastiniai superkompiuteriai užtruktų visą gyvenimą ar daugiau, pridūrė mokslininkai.

Šiuolaikiniai superkompiuteriai yra nepaprastai galingi. Greičiausias pasaulyje superkompiuteris „Tianhe-2“ Kinijoje sugeba atlikti iki maždaug 55 kvadrilijonų skaičiavimų per sekundę, tai yra daugybė tūkstančių kartų daugiau nei stalinio kompiuterio ar vaizdo žaidimų pultas.

Tačiau įprasti superkompiuteriai paprastai atlieka operacijas viena po kitos. Priešingai, smegenys gali atlikti daugybę operacijų vienu metu arba lygiagrečiai. Žmogaus smegenys taip pat veikia šiuos ląstelinius procesus, chemiškai paversdami molekulės adenozino trifosfatą (ATP) į kitas molekulines formas - tai efektyvus energijos vartojimo procesas, kuris generuoja daug mažiau šilumos nei silicio drožlės.

Šie veiksniai gali iš dalies paaiškinti, kodėl smegenys gali išspręsti tam tikras problemas daug greičiau nei įprastiniai superkompiuteriai, sunaudodami mažiau energijos. Pvz., Žmogaus smegenys sunaudoja tik apie 20 vatų galios, to beveik neužtenka, kad veiktų neryški lemputė, o „Tianhe-2“ sunaudoja apie 17,8 megavatų galios, o to pakanka, kad būtų galima paleisti apie 900 000 tokių lempučių. [10 dalykų, kurių nežinojai apie smegenis]

Biologinis kompiuteris

Dabar tyrėjai pasiūlė, kad ATP galėtų padėti maitinti naują kompiuterį, kuris lygiagrečiai atlieka skaičiavimus, panašiai kaip tai daro žmogaus smegenys.

"Yra problemų, kurias elektroniniai kompiuteriai gali išspręsti labai gerai. Mes tiesiog siekiame išspręsti problemas, kurių elektroniniai kompiuteriai nėra geri išspręsti", - „WordsSideKick.com“ pasakojo tyrimo vyresnysis autorius Danas Nicolau Sr, Monrealio McGill universiteto chemijos inžinierius.

Nicolau šio prietaiso idėją pradėjo kurti daugiau nei prieš dešimtmetį su savo sūnumi, studijos vedėju Danu Nicolau jaunesniu, Kalifornijos universitete, Berkeley. „Tai prasidėjo kaip„ voko “idėja, manau, per daug romo, su piešiniais, kurie atrodė kaip maži kirminai, tyrinėjantys labirintus“, - pranešime teigė seniūnas Nicolau.

Tie romu varomi skrebikliai galiausiai virto kvadratine stiklo dengta silicio drožle, kurios plotis buvo apie 0,6 colio (1,5 centimetro) ir ant kurios abu tyrinėtojai išgraviruodavo mikroskopinius kanalus, kurių kiekvienas buvo mažesnis nei 250 nanometrų. (Tai yra plonesnis nei matomos šviesos bangos ilgis.) Lustas su savo mažiausių kanalų tinklu atrodo šiek tiek kaip miniatiūrinė miesto ir kelių tinklo versija.

Tyrėjai pasiuntė baltymų pluoštus, plaukiančius kanalų viduje, judančius panašiai kaip automobiliai važiuoja miesto keliais. Šiuos „agentus“, kaip juos vadino mokslininkai, sudarė aktino gijos ir mikrotubuliai - baltymai, kurie sudaro vidinę ląstelių struktūrą. Agentai buvo varomi molekuliniais varikliais, tokiais kaip miozinas, kuris padeda raumenims susitraukti, ir kinezinas, kuris padeda transportuoti krovinius aplink ląstelių vidų. Tyrėjai naudojo ATP šiems molekuliniams varikliams maitinti ir prie agentų pridėjo fluorescencines etiketes, kad galėtų juos vizualiai sekti.

Agentai patenka į vieną prietaiso kampą ir gali išeiti iš daugelio skirtingų išėjimų. Jie gali atsitiktinai būti nukreipti žemyn įvairiais kanalais keliose sankryžose lusto viduje. Įrenginio kanalų išdėstymas atitinka problemą, kurią nori išspręsti mokslininkai, o agentų pasirinktas išėjimas parodo galimus atsakymus.

Neišmanomos problemos

Mokslininkai išbandė savo naująjį prietaisą problemų klasei, vadinamai „NP-complete“ problemomis. Tokios rūšies sumetimais gali būti įmanoma greitai patvirtinti, ar kuris nors sprendimas gali arba neveikti, tačiau negalima greitai rasti geriausio problemos sprendimo.

Vienas klasikinis „NP-complete“ dėlionės pavyzdys yra „keliaujančio pardavėjo problema“, kai kažkam pateikiamas miestų sąrašas ir jis turi rasti kuo trumpesnį maršrutą iš miesto, kuris tiksliai aplanko kiekvieną kitą miestą ir grįžta į pradinę vietą. Nors galima greitai išsiaiškinti, ar maršrutas nukelia į visus miestus ir nevyksta į jokį miestą daugiau nei vieną kartą, norint patikrinti, ar šis maršrutas yra trumpiausias, reikia išbandyti kiekvieną derinį. Ši brutalios jėgos strategija tampa žymiai sudėtingesnė didėjant miestų skaičiui.

Tyrėjai teigė, kad išsprendus tokią problemą būtų galima patobulinti prekių gabenimą ir duomenų paketų nukreipimą. [10 populiariausių išradimų, pakeitusių pasaulį]

Jei tyrėjai norėtų panaudoti savo prietaisus, norėdami užpulti keliaujančių pardavėjų problemą, jie atsiųstų daugybę molekulių, klajojančių šiuose tinkluose, „panašiai kaip siųstų milijonus keliaujančių pardavėjų, bėgančių iš miesto į miestą, ir pamatytų, kurie keliai atrodo perspektyviausi“. Nicolau pasakė.

Naujausiuose tyrėjų eksperimentuose jie išbandė savo naująjį prietaisą, naudodamiesi NP-visos versijos pogrupio sumos problema. Šioje problemoje yra pateikiamas sveikųjų skaičių rinkinys - sveikieji skaičiai, tokie kaip 1 ir neigiamas 1, bet ne trupmenos, tokios kaip pusė, ir turi išsiaiškinti, ar yra tų sveikųjų skaičių, kurie yra nulis, pogrupis.

Eksperimentuodami su trijų sveikųjų skaičių rinkiniu - 2, 5 ir 9 - tyrėjai parodė, kad jų prietaisas beveik visą laiką gavo teisingą atsakymą. Vienam skaičiavimui prietaisas sunaudotų apie 10 000 kartų mažiau energijos nei elektroniniai kompiuteriai, pranešė tyrėjai internete paskelbtame tyrime, vasario 22 d., Žurnale „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

Atsakymo ieškojimas į šią paprastą problemą gali atrodyti nereikšmingas, tačiau naujasis įrenginys yra sudėtingesnių lusto versijų, galinčių išspręsti sudėtingesnes problemas, koncepcijos įrodymas, teigė tyrėjai. Pvz., Kuo sudėtingesni yra sveikieji skaičiai, kuo sudėtingesnė yra porūšio sumos problema. „Geriausio įmanomo nešiojamojo kompiuterio metu nepavyktų išspręsti sumos, apimančios pirmuosius 30 pirminių skaičių“, - sakė Nicolau.

Ankstesni tyrimai rodo, kad „išsprendus vieną NP-pilną problemą, galima jas visas išspręsti“, - teigė Nicolau. "Be abejo, jei mūsų darbas gali padėti išspręsti keliaujančio pardavėjo problemą, jis gali būti labai praktiškas."

Nors kiti metodai, tokie kaip kvantinis skaičiavimas, taip pat atlieka daugybę skaičiavimų tuo pačiu metu, kvantiniuose kompiuteriuose naudojami komponentai yra lengviau suardomi nei naujojo tyrimo metu naudojamos molekulinės mašinos, teigė tyrėjai.

Vienas galimų šio požiūrio apribojimų yra tai, kaip agentai šiuo metu yra tiekiami į prietaisus viename kiekvienos lusto kampe, teigė tyrėjai.

„Kuo daugiau agentų turite, tuo daugiau laiko reikia jiems įnešti ir atlikti skaičiavimus“, - sakė Nicolau. "Yra keletas būdų, kaip išspręsti šią problemą, pavyzdžiui, padalinti kiekvieną įrenginį į keletą įrenginių, kurie išsprendžia dalį problemos."

Stebėkite Charlesą Q. Choi „Twitter“ @cqchoi. Sekite mus @gyvenimų mokslas, Facebook & „Google+“. Originalus straipsnis apie gyvą mokslą.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


„Toyota Recall“ Gali Sukelti Kosminiai Spinduliai
„Toyota Recall“ Gali Sukelti Kosminiai Spinduliai

„Wifi“ Pagrindai: Viskas Apie Belaidžio Tinklo Technologijas
„Wifi“ Pagrindai: Viskas Apie Belaidžio Tinklo Technologijas

Mokslas Naujienos


100 Metų, Antarkties Mokslas Stiprėja
100 Metų, Antarkties Mokslas Stiprėja

Rekordinis Sausrų Hitas Jav
Rekordinis Sausrų Hitas Jav

Pasirodo, Kad Einšteino „Didžiausias Apmaudas“ Yra Teisus
Pasirodo, Kad Einšteino „Didžiausias Apmaudas“ Yra Teisus

Vaizdas Iš Medžių Viršūnių
Vaizdas Iš Medžių Viršūnių

Kodėl Vyrai Turi Adomo Obuolį, O Moterys Neturi?
Kodėl Vyrai Turi Adomo Obuolį, O Moterys Neturi?


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com