Биопроцесор използва органоиди на човешки мозък

Невросферите се съхраняват на електрически устройства, за да позволят изпращане и получаване на електрически сигнали към и от неврони (източник: FinalSpark)

Творението на швейцарски стартъп е милион пъти по-икономично от традиционен силициев чип

Швейцарският стартъп за биокомпютри FinalSpark стартира онлайн платформа Neuroplatform с отдалечен достъп до 16 човешки мозъчни органоида. Смята се, че това е първата възможност в света за достъп до биологични неврони в експериментална среда. Разработчиците също твърдят, че биопроцесорът е милион пъти по-икономичен от традиционните чипове.

Достъп до “жив процесор” на абонаментен принцип

Платформата вече е достъпна за девет научни институции, за да подпомогне изследванията и развитието на биообработката, съобщи Tom’s Hardware. Чрез сътрудничество с подобни институции компанията се надява да създаде първия в света “жив” процесор. Освен това вече има три дузини университети, които се интересуват от достъп до невро-платформата. Абонаментът за достъп струва $500 на месец на потребител.

Не всичко с тази разработка обаче е безоблачно. Органоидите на биологичния процесор живеят около 100 дни, докато силициевите чипове могат да издържат десетилетия. Невронните структури, които образуват биопроцесора, са подходящи само за експерименти с продължителност няколко месеца. Първоначално те живееха няколко дни, но сега животът им е значително удължен.

Принцип на действие

Работата на невронната платформа в момента се основава на архитектура, която може да бъде класифицирана като “wetware”: комбинация от хардуер, софтуер и биология. Основната иновация е използването на четири мултиелектродни масива (MEA) от жива тъкан – органели, които представляват триизмерни клетъчни маси от мозъчна тъкан.

Всеки MEA съдържа четири органела, свързани с осем електрода, които се използват както за стимулация, така и за запис. Данните се предават чрез цифрово-аналогови преобразуватели (контролер Intan RHS 32) с честота 30 kHz и резолюция 16 бита (BT). Тези ключови архитектурни характеристики се поддържат от микрофлуидна животоподдържаща система за MEA и камери за наблюдение. Съхранението и четенето на данни се поддържа от съответния софтуерен стек.

Разработчиците твърдят, че Neuroplatform е способна да се учи и обработва информация, като значително намалява въздействието на изчислителните процеси върху околната среда. Например, обучението на един езиков модел като GPT-3 изисква около 10 GWh, което е 6 хиляди пъти повече от средната годишна енергия, консумирана от европеец. Биопроцесорите от FinalSpark могат значително да намалят тези енергийни разходи.

Законът на Мур и молекулярните изчисления

Законът на Гордън Мур е само емпирично наблюдение и зависи от физическия капацитет на микропроцесора, тоест от броя транзистори, които могат да се поберат на единица площ. Той е дефиниран за първи път през 1965 г. и след това усъвършенстван през 1975 г., като при сегашния темп на развитие на хардуера броят на транзисторите в чипа се удвоява на всеки 24 месеца.

Швейцарският стартъп FinalSpark се опитва да се отдалечи от традиционните носители за съхранение, базирани на силициеви съединения, особено след като Законът на Мур очевидно е към своя край. Изчислителната органика, която компанията прилага в своя процесор, е клон на изчислителната техника, фокусиран върху проектирането и използването на органични молекули и биомолекулни структури за извършване на изчислителни операции.

Някои от примерите, които се изследват в тази посока, включват използване на ензими за извършване на изчислителни операции, създаване на изкуствени невронни мрежи, базирани на биомолекулни структури, и разработване на нови видове компютри, които използват органични молекули за съхраняване и обработка на данни.

Тоест трябва да има опции за съхраняване на информация в протеини и нуклеинови киселини. Нещо повече, нуклеиновите киселини в природата имат предимства в кодирането и предаването на информация.

ДНК като среда за съхранение

В съвременния свят непрекъснато се генерират все повече и повече данни и изследователите измислят нови начини да ги съхраняват възможно най-добре. ДНК все още се смята за многообещаваща, изключително компактна и стабилна среда за съхранение.

В момента се разработва нов подход, който прави възможно записването на цифрови данни директно в геномите на живите клетки. От 2014 г. интересът към подобни подходи се засили и вече има забележим напредък в тази област. Това е резултат от експлозивния растеж на генерираните данни, който не показва признаци на забавяне.

[related-posts]

Според изчисления на Масачузетския технологичен институт, до края на 2025 г. всеки ден по света ще се създават 500 екзобайта (EB) данни. Съхраняване на всички тези данни с помощта на силициева технология скоро може да стане непрактично, а решението да се окаже ДНК. Първо, информационната плътност на ДНК е милиони пъти по-висока от тази на конвенционалните твърди дискове. Второ, ДНК е изключително стабилна, когато се съхранява правилно.

Основното предизвикателство е да се намери връзката между дигиталния свят на компютърните науки и биохимичния свят на генетиката, а това изисква синтезиране на ДНК в лабораторията – процес, който все още е скъп и сложен, въпреки че цената на синтеза на ДНК бързо намалява. След това получените последователности се съхраняват внимателно вътрешно, докато не бъдат необходими отново, или могат да бъдат въведени в живи клетки с помощта на технологията CRISPR за редактиране на гени.