Живой взгляд»Рубрики»Тема номера»Будущее за природой

Будущее за природой


Представьте, если бы на вашем столе стоял мыслящий биокомпьютер и, просыпаясь утром, вы бы не включали его в розетку...


Условная структура молекулы ДНК человека
Фото: журнал Живой Взгляд


Разум превыше всего

Сегодня бионика развивается стремительными темпами и уже подразделяется на отдельные направления: нейробионика, биокомпьютинг, биомолекулярная электроника, учение об искусственных нейронных сетях.

Самой сложной биологической системой, выполняющей разнообразные и, казалось бы, совсем непохожие функции по переработке сигналов, считается нервная система. Одним из основных направлений работ по бионике является изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток: нейронов, нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов автоматики и телемеханики. Кроме того, нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти.

Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных и у растений. Это дает возможность развивать и совершенствовать электронную и вычислительную технику, а также создавать устройства переработки информации на основе принципов работы естественных нейронных систем. Понимание принципов строения и функционирования мозга будет служить основой для создания совершенных технических устройств, а изучение механизмов памяти ведет к созданию «думающих» машин для автоматизации сложных процессов производства и управления.

В настоящее время учеными уже разработаны различные типы искусственных нейронов и нейронных сетей, способных к самоорганизации и самообучению. Такие знания применяются в конструировании роботов, способных воспринимать и перерабатывать информацию,а также воздействовать на окружающий мир, исходя из полученных знаний.

Но пока наши знания о работе мозга ограничены, поэтому разработчикам нейронных сетей приходится выходить за пределы современных биологических знаний в поисках структур, способных выполнять полезные функции.

Искусственный интеллект

Биологическая эволюция шла по пути от образов к логике. Каждый человек после рождения сначала учится распознавать образы, а только потом приобретает умение рассуждать логически и строить алгоритмы. Техника, в частности компьютеры, наоборот, начав с логики, лишь спустя несколько десятилетий осваивает распознавание образов за счет создания специальных программ.

А представьте себе псевдоразумные растения, мозгом которых стал биологический вычислитель, внедренный человеком: картошка, сворачивающая листья в засуху или зарывающаяся в землю при граде. А животные, обзаведясь вдобавок к своему мозгу дополнительными биовычислителями, смогут стать интеллектуальными (или более послушными). Впрочем, и внедрять биокомпьютеры в живые организмы совсем не обязательно: достаточно будет добавить к ДНК уже упомянутой картошки исходный код компьютера, и организм сам вырастит внутри себя свой вычислительный центр.

Разработкой компьютеров, которые функционировали бы как живые организмы и содержали биологические компоненты, но при этом были бы способны выполнять логические операции и накапливать информацию, занимается такое направление в бионике как биокомпьютинг. Биокомпьютинг представляет собой, прежде всего, биологическое направление в изучении искусственного интеллекта, сосредоточенное на разработке и использовании компьютеров, которые функционируют как живые организмы или содержат биологические компоненты, так называемые биокомпьютеры. Эти машины способны выполнять информационные функции, логические операции, математические вычисления, а также накопление числовых, текстовых, звуковых и художественно-графических данных. Ученые считают, что наибольшую популярность биокомпьютеры получат в медицине.

Биокомпьютинг позволяет решать сложные вычислительные задачи, организуя вычисления при помощи живых тканей, клеток, вирусов и биомолекул.

Биокомпьютеры, состоящие из ДНК и других биологических молекул, существуют на сегодняшний день лишь в немногих специальных лабораториях, для широкого применения они пока что недоступны. Тем не менее, ДНК-компьютер – вещь для многих научных направлений необходимая. И, естественно, разработки в этом направлении ведутся достаточно активно.

Биомолекулярное будущее

Последние несколько лет нам часто приходится слышать о новых открытиях в области нанотехнологий, нанобиоэлектроники. Так что за тайны скрывают эти загадочные науки?
Нанобиоэлектроника сочетает в себе элементы биологии, электронных и нанотехнологий. Биологи имеют дело с принципами обработки информации биологическими объектами, и используют их для создания электронных устройств. Фактически специалисты по нанобиоэлектронике занимаются тем же, чем и сотрудники компаний вроде Intel и AMD, разрабатывающих процессоры для компьютеров, только материал другой – не кремний, а биологическая масса.

Основные направления нанобиоэлетроники включают создание на основе таких гибридных систем биосенсоров, сложных нано-электронных схем на основе ДНК, конструирование нанобиотранзисторов, диодов, наномоторов, нанотранспортеров и т.д. Для создания таких устройств необходимо построение их моделей и проведение супер-компьютерных расчетов.

Несмотря на сложность и дороговизну, эти исследования способны приносить реальную пользу. Например, сейчас уже разработана конструкция электронного нанобиочипа, который очень быстро и с высокой точностью проводит диагностику различных заболеваний. Более того, на основе такого чипа можно создать генетический паспорт отдельного человека.

Впрочем, этим польза нанобиотехнологии для медицины не исчерпывается. Многие побочные эффекты различных лекарств происходят из-за того, что активное вещество доставляется не только к необходимым рецепторам, но и успевает «оставить след» по пути. Системы селективной внутриклеточной доставки лекарств на основе фосфолипидных наночастиц способны произвести революцию во многих отраслях медицины: в эндокринологии, пульмонологии, кардиологии и онкологии. Конечно, предстоит еще много работы, прежде чем эти технологии начнут использоваться в повседневной жизни человека.

Тем не менее, сейчас можно с уверенностью сказать, что бионика станет одним из наиболее приоритетных направлений исследований в ближайшем будущем. Стремительное развитие науки и техники, которому мы обязаны достижениям в области бионики – настоящий прорыв, и уже в который раз истина оказалась так близко к нам: «Научиться понимать природу, и тогда она наверняка откроет все свои секреты!»

Дата публикации: 11 октября 2010
Елена Кутерницкая
Тэги: компьютеры, животные, человек

Вверх


Оставьте свой комментарий:

©2017 «Живой Взгляд». Иллюстрированное издание о живой природе.

Телефон: +7 (985) 253-45-27     glavred@zoojournal.ru     http://www.zoojournal.ru     Реклама в журнале    Подписаться    Карта сайта

Вызов ветеринара на дом, ветеринарная помощь   

      "Живой Взгляд" - живой журнал рассказов из мира животных