دانشمندان قصد دارند باکتری‌ها را به رایانه‌های زنده تبدیل کنند

دانشمندان دانشگاه Rice با حمایت National Science Foundation در حال توسعه رایانه‌های زنده مبتنی بر باکتری هستند.

به گزارش تک‌ناک، این رایانه‌ها می‌توانند مانند پردازنده‌های زیستی عمل کنند و آینده محاسبات، پزشکی و پایش محیط‌ زیست را متحول سازند.

در حالی‌ که برای دهه‌ها، رایانه‌ها بر پایه سیلیکون و مدارهای الکترونیکی ساخته شده‌اند، اکنون این دانشمندان آمریکایی در تلاش‌ هستند تا فصل تازه‌ای در دنیای فناوری رقم بزنند. این پروژه‌ با حمایت مالی ۱.۹۹ میلیون دلاری از سوی National Science Foundation آغاز شده است. این طرح چهار ساله با همکاری دانشگاه Houston اجرا می‌شود و می‌تواند مرزهای علم رایانش را به‌ طور کامل دگرگون کند.

مبنای این پروژه بر این ایده استوار است که هر سلول باکتریایی می‌تواند مانند یک پردازنده کوچک عمل کند. این سلول‌ها با اتصال به یکدیگر شبکه‌ای زیستی تشکیل می‌دهند، که توان پردازش اطلاعات را خواهد داشت. به بیان دیگر، همان‌گونه که میلیون‌ها ترانزیستور درون یک تراشه سیلیکونی کنار هم قرار می‌گیرند تا عملیات پیچیده رایانه‌ای انجام دهند، میلیاردها سلول زنده نیز می‌توانند در کنار هم یک رایانه زنده و هوشمند بسازند.

متیو بنت، استاد دانشگاه Rice و سرپرست این پروژه گفت: «میکروب‌ها، پردازشگرهای شگفت‌انگیزی برای اطلاعات هستند و ما می‌خواهیم راهی بیابیم تا آنها را در قالب شبکه‌هایی سازمان‌دهی کنیم که رفتاری هوشمندانه داشته باشند.» او تأکید کرد که ترکیب زیست‌شناسی با الکترونیک می‌تواند باعث ایجاد رایانه‌هایی شود که نه‌تنها داده‌ها را پردازش کنند، بلکه قابلیت سازگاری با شرایط محیطی، یادگیری از تجربه‌ها و واکنش هوشمندانه به محرک‌های بیرونی را نیز داشته باشند.

ایده ساخت رایانه‌ها از مواد زنده موضوع تازه‌ای نیست. حوزه‌ای که با نام biocomputing شناخته می‌شود، سال‌ها است که توسط دانشمندان در حال پیگیری است. در این حوزه، به جای استفاده از سخت‌افزارهای سیلیکونی، از سلول‌های زنده یا اندام‌های آزمایشگاهی مانند سلول‌های مغزی پرورشی (organoids) برای ایجاد معماری رایانشی بهره گرفته می‌شود. دلیل اصلی این تلاش‌ها کارایی بالای مغز موجودات زنده است؛ مغز انسان با وجود مصرف انرژی بسیار اندک، توانایی انجام میلیاردها محاسبه در هر ثانیه را دارد، در حالی‌ که ابررایانه‌های کنونی انرژی بسیار بیشتری برای چنین محاسباتی نیاز دارند.

نمونه‌ای از این روند را می‌توان در فعالیت شرکت سوئیسی FinalSpark مشاهده کرد. این شرکت پلتفرمی رایانشی ساخته است که از سلول‌های مغز انسانی بهره می‌برد و پژوهشگران قادر هستند آن را از طریق اینترنت اجاره کنند. هدف FinalSpark توسعه سامانه‌های هوش مصنوعی با مصرف انرژی بسیار کمتر نسبت به طراحی‌های فعلی است.

آنچه پروژه دانشگاه Rice را متمایز می‌کند، تمرکز ویژه آن بر استفاده از میکروب‌ها است. این میکروارگانیسم‌ها به‌ طور طبیعی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و از سیگنال‌های شیمیایی یا الکتریکی برای تبادل اطلاعات استفاده می‌کنند. پژوهشگران قصد دارند از این قابلیت ذاتی برای ایجاد یک سیستم محاسباتی موازی بهره بگیرند.

در این مسیر، تیم تحقیقاتی با استفاده از سامانه‌های کشت پیوسته، میکروب‌ها را در شرایط پایدار نگه می‌دارد و آنها را با اجزای الکترونیکی پیوند می‌دهد. این شبکه‌های میکروبی در طول زمان می‌توانند سازگار شوند، یاد بگیرند و حتی الگوهای پیچیده را شناسایی کنند. به این ترتیب، سامانه حاصل قادر خواهد بود به ورودی‌های شیمیایی واقعی واکنش‌هایی نشان دهد که از رایانه‌های سنتی برنمی‌آید.

اگر این پروژه ساخت رایانه‌های زنده به موفقیت برسد، زمینه‌ساز تحولی بزرگ در حوزه‌های مختلف خواهد شد. یکی از مهم‌ترین کاربردها، توسعه بیوسنسورهای هوشمند است، که می‌توانند نشانگرهای شیمیایی خاص مانند بیومارکرهای بیماری یا آلاینده‌های زیست‌محیطی را شناسایی و داده‌ها را به شکل الکترونیکی منتقل کنند. چنین قابلیتی می‌تواند ابزارهای نوینی برای تشخیص بیماری‌ها، پایش سلامت انسان و مراقبت‌های پزشکی فراهم کند.

از سوی دیگر، این فناوری می‌تواند در حوزه محیط‌ زیست نیز نقش‌آفرین باشد. شبکه‌های میکروبی قادر خواهند بود آلودگی‌ها و تغییرات شیمیایی محیط را شناسایی کنند و اطلاعات لازم را در اختیار سیستم‌های پایش قرار دهند. به این ترتیب، امکان کنترل دقیق‌تر وضعیت محیطی و پیشگیری از بحران‌های زیست‌محیطی فراهم خواهد شد.

با وجود این چشم‌انداز روشن، پروژه با چالش‌های جدی نیز روبه‌رو است. ساخت رایانه‌های زنده به‌ طور طبیعی پرسش‌های اخلاقی، حقوقی و اجتماعی فراوانی ایجاد می‌کند. پژوهشگران قصد دارند در کنار کارهای علمی، به بررسی این پیامدها نیز بپردازند. از جمله اینکه چنین فناوری‌هایی چگونه باید قانون‌گذاری شوند، چه محدودیت‌هایی باید برای استفاده از آنها در نظر گرفت و افکار عمومی چگونه نسبت به رایانه‌های زنده واکنش نشان خواهد داد.

دانشمندان امیدوار هستند که در آینده، رایانه‌های زنده نه‌تنها هم‌پای سیستم‌های سنتی عمل کنند، بلکه با توانایی سازگاری و تکامل، عملکردی فراتر از ماشین‌های متداول ارائه دهند. این رایانه‌ها می‌توانند هم‌زمان ابزاری برای پیشرفت پزشکی، نجات محیط‌ زیست و پاسخ به بحران انرژی در حوزه هوش مصنوعی باشند.

به نظر می‌رسد که دنیای فناوری در آستانه ورود به دوره‌ تازه‌ای است؛ دوره‌ای که در آن سلول‌های زنده به جای تراشه‌های سیلیکونی قلب تپنده رایانه‌ها خواهند بود و تعریف ما از ماشین‌های هوشمند را برای همیشه تغییر خواهند داد.