Биокомпьютеры
презентация к уроку по обж (4 класс)

Реферат на тему: «Биокомпьютеры или живые компьютеры»

Автора работы: Вайшева Ольга Леонидовна,

учитель начальных классов

Содержание

Введение……………………………………………………………………….….3

1. Биокомпьютеры или живые компьютеры……………………………………4

1.1. ДНК-компьютеры…………………………………………………………….4

1.2. Клеточные компьютеры………………………………………………..……6

2. Биокомпьютерные технологии будущее науки XXI века……………...……8

Заключение………………………………………………………………………10

Список использованных источников…………………………………………..13

Введение

В современной вычислительной системе используются биологические материалы, которые со временем позволят сделать в разы меньше компьютеры, примерно до размеров живой клетки. Вообще, наши личные клетки - это что-то похожее на биомашины молекулярного размера, на биокомпьютеры, которым служит наш мозг. Биокомпьютер называют также биологический компьютер, молекулярный компьютер — это компьютер, который работает как живой организм и имеет в составе биологические компоненты. В структуре биокомпьютеров в основе лежат молекулярные вычисления [2].

Данной тематикой занимались такие ученые как Ихуд Шапиро, который создал пластмассовый образ биологического компьютера, высота его составила 30 см, а его размер - 0,000025 мм.  Билл Дитто говорил, что биологические компьютеры, в составе которых есть нейроподобные элементы, смогут находить нужные решения способом самопрограммирования, а также ученый планирует это использовать для создания мозга роботов.

С начала ХIХ и ХХ веков в науке новые открытия деятельности человека: создание прессы, радио, телевидения. Одни ученые - Д.И.Менделеев, В.И.Вернадский создают троичную модель мира, в котором живут и развиваются люди, другие – что-то новое изобретают.

А в настоящее время, ученые ищут новые преимущества развития вычислительных систем, в том числе и разработки соединения информационных и молекулярных технологий, а также биохимии - биокомпьютеры. И сейчас разрабатываются несколько типов биокомпьютеров, а это ДНК- и клеточные биокомпьютеры.

1. Биокомпьютеры или живые компьютеры

1.1. ДНК-компьютеры

Один из типов биокомпьютеров -  это ДНК-компьютер. Он представляет собой систему, которая используется в вычислениях молекул ДНК.

Принцип работы ДНК-компьютеров состоит в том, что цитозин, гуанин, аденин, тимин - азотистые основания в порядке очередности зашифровывают информацию. При помощи катализаторов эту информацию можно модифицировать: полимеразы достраивают цепочки ДНК, а нуклеазы их подрезают, делают меньше. ДНК-компьютеры могут беречь и обрабатывать информацию. Химические процессы на разных частях молекул проходят самостоятельно, одновременно, что имеет высокую скорость вычислений [5].

Молекулы ДНК и компьютеры связаны между собой при помощи молекулы в виде спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты  и генетической материалом о грядущих поколениях организма.
Ученые решили использовать открытие природы и пустить в ход молекулы ДНК для хранения и обработки информации в биокомпьютерах потому как,
в одном кубическом  сантиметре ДНК может быть много информации, чем на триллионе СD. Созданием ДНК-компьютера занимаются многие ученые потому, что это сложнейшая задача.

Началом изучения ДНК-вычислений принято считать 1994 году, над данной темой работал Леонард Эдлеман, профессор, изучал для решения задачи торгового агента. Суть ее в том, чтобы найти направление движения с заданными точками старта и финиша между несколькими, в каждом из которых можно побыть только один раз. Эта задача выясняется прямым перебором, хотя при увеличении числа городов сложность ее возрастает [7].

Уже в 2001 году Эхуд Шапиро осуществил модель биокомпьютера, который состоял из молекул ДНК, РНК и специальных ферментов. Для того, чтобы биокомпьютер работал, нужно собрать правильную молекулярную смесь. Примерно через час смесь сама создает молекулу ДНК, в которой зашифрован ответ на поставленную перед вычислителем простую задачу. В этом биокомпьютере есть ввод и вывод информации, а также главную роль берут на себя молекулы ДНК. Аппаратным обеспечением являются два белка-энзима органического происхождения, они управляют нитями ДНК.

Уже через год ученые под руководством профессора химии Нэдриана Симана, создали устройство, которое может стать основой для строительства сложных машин молекулярного масштаба. Это сопутствует создание нанороботов, которые будут строить новые молекулы, проводить операции на молекулярном уровне [3].

В 2003 году группа ученых научно-исследовательского института Вейцманна модернизировала сконструированное год назад устройство тем, что единственная молекула ДНК выполняет роль средства ввода данных и параллельно источника питания. Это устройство  высоко оценено в науке и попало в Книгу рекордов Гиннеса как самое микроскопическое биологическое вычислительное устройство. А в 2004 году эти ученые сконструировали крошечные устройства, которые можно вводить в кровоток. Они смогут распознавать раковые заболевания и производить в нужном месте лекарства. Механизм создан на базе синтетических ДНК.

Ученые из университета Мичигана совместно с Юнсэон Чой применили молекулы ДНК для создания наночастиц с зназначенными свойствами. Экспериментаторы работали с дендримерами крошечными дифференцированными полимерами, у которых различные концы.

Данная тематика имеет место развиваться и в современном мире, возможно, что в ближайшие десятки лет технология громко заявит о себе, покажет свои реальные возможности.

1.2. Клеточные компьютеры

Клеточные компьютеры  - это консолидирующие колонии разных микроорганизмов, в гены которых внесли некоторую логическую схему, которая может пробудиться в присутствии конкретного вещества. Для этого хорошо подойдут бактерии, стакан с которыми и похож был собой на компьютер. Такие компьютеры дешевые в промышленности.

Главным свойством такого компьютера кажется то, что каждая их клетка является крошечной химической лабораторией. Если биоорганизм запрограммирован, то он просто создает нужные вещества. Довольно вырастить одну клетку, которая имеет определенные качества, в связи с этим можно легко и быстро вырастить тысячи таких клеток [5].

Особо важная проблема, с которой встречаются основатели клеточных биокомпьютеров – это формирование всех клеток в одну деятельностную систему. Результаты в практике клеточных компьютеров похожи на результат работы 20-х годов в сфере ламповых и полупроводниковых компьютеров. Сейчас готовятся технологии, которые разрешат единичной бактерии отыскивать своих соседей, создавать с ними организованную структуру и реализовывать массив параллельных операций.

Относительно с простыми устройствами вычисления биокомпьютеры имеют необыкновенные особенности:

1).  вычисления применяют не бинарный, а тернарный код;

2).  вычисления реализуют до 1014 операций в секунду;

3). вычислительная техника на основе ДНК сберегает данные с плотностью, в триллионы раз превосходящие степени оптических дисков;

4). ДНК-компьютеры имеют определенно низкое энергопотребление [7].

Но в создании клеточных компьютеров ученые столкнулись с серьезными проблемами:

1. . современные способы секвенирования  не совершенны: нельзя за один раз последовательно использовать цепочки длиной хотя бы в несколько тысяч оснований;
2. . ошибки в подсчетах. Для биологов точность в 1% при синтезе и последовательности оснований считается очень хорошей. Для ИТ она недопустима: решения задачи могут растеряться, когда молекулы приклеиваются к стенкам сосудов; нет гарантий, что не появятся точечные мутации в ДНК, и т. п. ДНК в дальнейшем разрушаются, а результаты вычислений растворяются [6].

Благодаря клеточным компьютерам можно объединить информационные и биотехнологии. Например, они смогут регулировать работу химических заводов, настраивать биологическое развитие внутри человеческого организма, создавать гормоны и лекарственные вещества и переправлять к определенному органу нужное количество лекарств.

2. Биокомпьютерные технологии  будущее науки XXI века

Компьютерные устройства для человека играют важную роль, являются подспорьем. Они решают несколько задач человечества:

• облегчают создание и редактирования текстов;
• сохраняют знания в большом объёме;
• быстрее находят нужную информацию;
• реализуют огромные расчеты, по методикам, которые создал человек;
• анализируют огромное количество статистических материалов и т.д

Для  работы с информацией, которой пользуется человек, он все же вводит в компьютер поэтому, между пользователем и компьютером есть посредники:

• постановщики задач;
• системные и прикладные программисты;
• администраторы информационных баз [4].

Существенное отличие биокомпьютера – живого компьютера – заключается в том, что информация там пополняется, хранится и выдается в мыслеобразах. А потому он и перерабатывает, создает и генерирует мысли, так это делает и человек.

В человеке есть две первоосновы, которые отвечают за ум и разум, они непрерывно взаимодействуют друг с другом. Ум определяется словами, которые человек говорит, пишет и читает, а разум человека обособляется  мыслями, которые он в виде мыслеобразов создает, воспринимает и передает их людям. Информацию, которой владеет разум, называется мудрость, а всямудрость нашей планеты  - Премудрость, которая классифицирует, контролирует, разделяет, убирает лишнее, хранит, разрушает устаревшую и ложную мудрость. В итоге эту систему формально называют биокомпьютером. Это он владеет всем живым и всеми живыми процессами на планете [8].

Биокомпьютер по своим преимуществам, в сравнении с самыми мощными неживыми компьютерами, созданными человеком, значительно отличается. Основными его качествами являются:

• самопрограммирование;
• самостоятельное наполнение и сопровождение, удаление ненужной информации;
• ввод информации работает с голоса или с мысли;
• вывод информации происходит при помощи мысли или образа мысли – мыслеобраза;
•  он всегда находится в рабочем состоянии, не ломается, не выходит из строя;
• пользователю не  нужно покупать компьютер, не нужно платить плату по тарифам, так как он уже создан и для России он полностью достаточен;
• энергетика не имеет перебоев, отключений, падений напряжения, похожа на вечный двигатель;
• пользователь, подключенный к биокомпьютеру, где бы он ни находился в любой момент может решить любые нужные задачи;
• для применения его нужно всего пройти курс подключения к биокомпьютеру, как пользователя, не более 10 дней [2].

Таким образом, биокомпьютерные технологии  - будущее науки не только XXI века, но и последующих веков, где данный механизм, наверно, будет еще усовершенствован, а это нам покажет время.

Заключение

В современной вычислительной системе применяются биологические материалы, которые со временем позволят сделать в разы меньше компьютеры, примерно до размеров живой клетки. Биокомпьютер — это компьютер, который работает как живой организм и имеет в составе биологические компоненты. В структуре биокомпьютеров в основе лежат молекулярные вычисления.

Данной тематикой занимались такие ученые как Ихуд Шапиро, который создал пластмассовый образ биологического компьютера, Билл Дитто указал, что в составе биологических компьютеров  -  нейроподобные элементы, сони могут находить нужные решения способом самопрограммирования.

Существует несколько типов биокомпьютеров -  это ДНК-компьютеры и клеточные компьютеры. ДНК – компьютер - представляет собой систему, которая используется в вычислениях молекул ДНК. Принцип  его работы состоит в том, что цитозин, гуанин, аденин, тимин - азотистые основания в порядке очередности зашифровывают информацию. Ученые решили использовать открытие природы и пустить в ход молекулы ДНК для хранения и обработки информации в биокомпьютерах потому что,
в одном кубическом  сантиметре ДНК может быть много информации, чем на триллионе СD.

Началом изучения ДНК-вычислений принято считать 1994 году, над данной темой работал Леонард Эдлеман, профессор, изучал для решения задачи торгового агента.

Уже в 2001 году Эхуд Шапиро осуществил модель биокомпьютера, который состоял из молекул ДНК, РНК и специальных ферментов.

Уже через год ученые под руководством профессора химии Нэдриана Симана, создали устройство, которое может стать основой для строительства сложных машин молекулярного масштаба.

В 2003 году группа ученых научно-исследовательского института Вейцманна модернизировала сконструированное год назад устройство тем, что единственная молекула ДНК выполняет роль средства ввода данных и параллельно источника питания. Это устройство  высоко оценено в науке и попало в Книгу рекордов Гиннеса как самое микроскопическое биологическое вычислительное устройство.

Клеточные компьютеры  - это консолидирующие колонии разных микроорганизмов, в гены которых внесли некоторую логическую схему, которая может пробудиться в присутствии конкретного вещества. Главным свойством такого компьютера кажется то, что каждая их клетка является крошечной химической лабораторией

Благодаря клеточным компьютерам можно объединить информационные и биотехнологии.

Компьютерные устройства для человека играют важную роль, являются подспорьем. Они решают несколько задач человечества:

• облегчают создание и редактирования текстов;
• сохраняют знания в большом объёме;
• быстрее находят нужную информацию;
• реализуют огромные расчеты, по методикам, которые создал человек;
• анализируют огромное количество статистических материалов и т.д

Существенное отличие биокомпьютера – живого компьютера – заключается в том, что информация там пополняется, хранится и выдается в мыслеобразах.

Биокомпьютер по своим преимуществам, в сравнении с самыми мощными неживыми компьютерами, созданными человеком, значительно отличается.

Использование биокомпьютера уже сегодня возможно, целесообразно и необходимо: в науке, образовании, во всех системах управления, проектирования, в процессах созидания и творения.

Список использованных источников

1. Ахметов, А. Н., Борзенко, А. В. Современный персональный компьютер. – М.: Компьютер Пресс, 2003.-317 с.
2. Биокомпьютер. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80
3. Джон Лили. Программирование и метапрограммирование человеческого биокомпьютера. – М, 2000
4. Карелин, В.В. Журнал «Инновации», 
   Санкт-Петербург, № 9-10, октябрь 1999 г.
5. Компьютеры будущего — ДНК и бактерии. Генетические и клеточные биокомпьютеры. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://circulatory.ru/leukocytes/kompyutery-budushchego-dnk-i-bakterii-geneticheskie-i-kletochnye/
6. Кузнецов, Е. Ю., Осман, В. М. Персональные компьютеры и программируемые микрокалькуляторы: Учеб. пособие для ВТУЗов - М.: Высш. шк. -1991 .
7. Черкесова, Л.В. Проблемы современной фундаментальной науки. Издательство: Академия Естествознания. 2016г.