Кремниевые чипы достигли предела и на смену придут живые клетки — объяснили ученые

Австралийские исследователи из Университета Маккуори ^[1] и Центра передового опыта ^[2] ARC в области синтетической биологии (COESB) опубликовали статью в журнале Nature Communications ^[3], которая раскрывает, как биологические системы могут преодолеть ограничения традиционных кремниевых чипов.

В эпоху, когда глобальная гонка за вычислительными мощностями набирает обороты, ученые предлагают использовать живые клетки и биологические процессы для создания компьютеров будущего. Это направление, названное «полусинбио» (семисинбио, от англ. semisynbio — слияние синтетической биологии и полупроводниковых технологий), обещает революцию в ИИ, медицине и биобезопасности. 

Почему «живые компьютеры» лучше?

Исследование открывает путь к новой эре вычислений, где биология и технологии объединяются для создания более эффективных и устойчивых систем. В отличие от кремниевых чипов, которые достигают предела своей производительности, биологические системы — такие как клетки или даже слизь — способны обрабатывать сложные задачи с минимальными энергозатратами. Это особенно актуально в условиях, когда традиционные компьютеры потребляют огромное количество энергии для работы ИИ и угрожают глобальному потеплению.

Достижения, такие как полное картирование нейронов мозга ^[4] плодовой мухи (процесс создания детальной карты всех нейронов и их связей в мозге этого насекомого, демонстрируют, как биология может вдохновлять создание более умных и энергоэффективных технологий. 

Что такое «полусинбио»?

«Полусинбио» — это интеграция синтетической биологии (науки, которая перестраивает живые организмы для выполнения новых функций) с полупроводниковыми технологиями. Синтетическая биология позволяет создавать биологические системы — такие как бактерии или клетки — которые выполняют вычисления, подобно компьютерным чипам. Например, ученые могут запрограммировать клетки на обработку данных или производство химических веществ.

Полусинбио объединяет эти биологические «процессоры» с традиционной электроникой, создавая гибридные системы, которые эффективнее и экологичнее кремниевых чипов.

«По мере слияния биологии и цифровых технологий мы вступаем в эру био-вдохновленных вычислений и инженерных процессов, которые могут переопределить будущее инноваций и обгонят даже квантовые компьютеры», — говорит профессор Сакки Преториус, ведущий автор исследования.

Как биология превосходит традиционные вычисления?

За 3,5 миллиарда лет эволюции природа создала системы, которые эффективно обрабатывают сложные сигналы — химические, оптические и электрические — с минимальными энергозатратами. Например:

• обычная слизь (Physarum polycephalum) способна решать задачи, такие как поиск кратчайшего пути в лабиринте, используя лишь микроскопическую долю от огромной энергии, необходимой компьютерам.

• хранение данных в ДНК позволяет записывать огромные объемы информации в молекулах, которые занимают мало места и сохраняются тысячелетиями.

• органы на чипе имитируют работу человеческих органов, ускоряя медицинские исследования без использования животных или людей.

В отличие от кремниевых чипов, которые требуют колоссальных ресурсов для производства и охлаждения, биологические системы работают при комнатной температуре и используют органические материалы.

«Вместо того чтобы заставлять биологию вписываться в цифровые системы, мы должны учиться на разумных замыслах природы», — отмечает профессор Ян Паулсен.

Глобальная конкуренция за вычислительные мощности усиливается: компании, такие как Nvidia, инвестируют миллиарды в чипы для ИИ, а их рыночная стоимость стремительно растет. Исследователи из Маккуори утверждают, что лидерство ^[5] в «полусинбио» определит, кто будет доминировать в следующей технологической эре.

«Будущее вычислений будет не просто более быстрыми чипами или квантовыми процессорами. Это будет совершенно новая парадигма, где природа и технологии совместно проектируют интеллект», — отмечает  профессор Преториус

Речь идет не только о более быстрых компьютерах, но и о создании новых субстратов, где биологический интеллект ^[6] (например, способность клеток адаптироваться) сочетается с ИИ, открывая возможности для цифровой биологии, моделирования экосистем и программирования ДНК.

Ученые призывают к интеграции биологического интеллекта с ИИ, подчеркивая важность этичных, экологических и устойчивых подходов. 

«Век полусинбио надвигается на нас, и его потенциал ограничен только человеческим воображением», — заключает профессор Преториус.

Хотите быть в курсе важных новостей из мира ИИ? Подписывайтесь на наш Telegram‑канал BotHub AI News ^[7].

Источник ^[8]