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Warum lebende Zellen die Zukunft der Datenverarbeitung sind

2021

Intelligentes Leben

Schleimpilz wächst mit der Effizienz eines Netzwerktechnikers in Richtung Lebensmittelflecken.

Nicht alle Computer bestehen aus Silizium. Per Definition ist ein Computer alles, was Daten verarbeitet, Berechnungen durchführt oder sogenannte Logikgatter verwendet, um Eingaben (z. B. Einsen und Nullen im Binärcode) in Ausgaben umzuwandeln. Und jetzt arbeitet eine kleine internationale Gemeinschaft von Wissenschaftlern daran, den Bereich der Computer auf Zellen, Tiere und andere lebende Organismen auszudehnen. Einige ihrer Experimente sind sehr theoretisch; andere stellen die ersten Schritte in Richtung nutzbarer biologischer Computer dar. All dies sind Versuche, das Leben dazu zu bringen, Arbeiten auszuführen, die jetzt von Chips und Leiterplatten ausgeführt werden.

Im vergangenen Jahr bauten beispielsweise ein Informatiker der Universität von West-England, Andy Adamatzky, und ein Team japanischer Forscher Logiktore, die mit Soldatenkrabben betrieben wurden. Zuerst bauten sie Labyrinthe, die die Form der Drähte in den Logikgattern eines Computers reproduzierten.

Dann jagten sie zwei Schwärme von Krabben (Eingängen) von einem Ende des Tors zum anderen. Wenn die Schwärme kollidierten, bildeten sie zusammen einen neuen Schwarm (Output), der sich oft in Richtung der Summe ihrer Vektoren bewegte, was zeigte, dass ein lebendes, etwas zufälliges System eine nützliche Ordnung erzeugen kann.

"von": [Benn KK Chan. Biodiversitäts-Forschungszentrum. Academia Sinica

Wenn Krabben sich gut zusammenschließen können, kann ein einzelliger Organismus, der in faulenden Bäumen lebt - Physarum polycephalum oder Schleimpilz - überraschend gut Karten erstellen. Adamatzky und Selim Akl, Informatiker an der Queens University in Ontario, haben in den letzten Jahren Schleimpilze zum Abbilden von Netzwerken verwendet.

Schleimpilz "wird die Revolution in der Bioelektronik- und Computerindustrie anführen."

In einem Experiment nahmen sie eine Karte von Kanada, warfen Haferflocken (Schleimpilznahrung) auf die großen Städte des Landes und legten den Schimmel auf Toronto. Es sickerte heraus, um die effizientesten Wege zu den Städten zu bilden und Netzwerke von "Straßen" zu schaffen, die das tatsächliche kanadische Autobahnsystem fast perfekt imitierten.

Im April letzten Jahres wurden die Biocomputer noch beeindruckender. Schweizer Bioingenieure gaben bekannt, dass sie menschliche Zellen so programmiert haben, dass sie binär addieren oder subtrahieren. So rechnet ein Computer. Sie haben die Zellen mit einem ausgeklügelten Kreislauf von Genen gentechnisch verändert, die sich gegenseitig ein- oder ausschalten. Die Zellen können zwei zu ihrer Schale hinzugefügte Inputs verarbeiten (die Moleküle Erythromycin und Phloretin) und eine Antwort anzeigen, indem sie rot oder grün fluoreszierende Proteine ​​produzieren.

Was hat das alles zu bedeuten? Adamatzky sagt, dass die Kartierungsfähigkeiten von Schleimpilz Straßen, drahtlose Netzwerke und Informationsverarbeitungsschaltungen besser entwerfen könnten als die heutigen Computer. Die Kombination von Schleimpilz und Elektronik könnte ebenfalls Vorteile bringen. Adamatzky stellt bereits einen Computerchip her, der die Geschwindigkeit der elektrischen Kommunikation mit den Lernfähigkeiten des Schleimpilzes verbindet.

Die hybride Technologie würde Informationen weniger wie ein Computer verarbeiten als wie ein Gehirn, indem sie durch Erfahrungen und Versuche und Irrtümer lernt und wächst und es ermöglicht, Probleme sowohl in den Neurowissenschaften als auch in der Informatik zu lösen. "Wir gehen davon aus, dass die auf Physarum basierende Computerforschung zu einer Revolution in der Bioelektronik- und Computerindustrie führen wird, sagt er.

Sein Kollege Akl sagt, ein Vorteil von Biocomputern könnte sein, dass sie an Orten funktionieren, an denen konventionelle Elektronik nicht funktioniert. «» Denken Sie an Computer in rauen Umgebungen wie dem Meeresboden, dem menschlichen Körper oder auf einem anderen Planeten, auf dem sich unsere Computer befinden könnte nicht überleben, sagt er. Lebensformen könnten in Umgebungen gedeihen, in denen Siliziumchips schmelzen, einfrieren oder zerfallen könnten.

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Der größte Nutzen könnte jedoch in der Medizin liegen, da Zellen in der Lage sind, mit anderen Zellen zu interagieren. Martin Fussenegger, Bioingenieur an der ETH Zürich und führender Forscher im Zellrechner-Projekt, sagt, dass Zellen zu "intelligenten Zellimplantaten" programmiert werden könnten, die gesundheitliche Probleme im menschlichen Körper erkennen und maßgeschneiderte Therapien durchführen.

Beispielsweise könnte eine Patientin mit einem hohen Brustkrebsrisiko ein Implantat erhalten, das krebserregende Moleküle erkennt und Proteine ​​produziert, um die sie bildenden Zellen abzutöten. "Eine erkrankte Zelle ist ein Programm mit einem Fehler", sagt Akl. "Informatiker sind gut darin, Fehler zu finden und zu beheben." Den Rest überlasse ich Ihrer Fantasie. "

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