Биоэлектронные технологии

Израильские ученые вовсе не ставят перед собой задачу создать устройство, конкурирующее в эффективности с традиционными компьютерами. Заставить ДНК работать в качестве полноценного микропроцессора - эта задача пока еще очень далека от разрешения и многие ученые полагают, что биомолекулярные вычисления скорее будут дополнять, а не заменять компьютеры на основе кремниевых чипов.

1.4 ДНК хр

анит огромные массивы информации

Израильские ученые разработали компьютер, который бьет все поставленные до сих пор рекорды миниатюризации ЭВМ. В обычную лабораторную пробирку поместится около триллиона таких машин. Нанокомпьютер - именно так называется этот аппарат - состоит из сочетания молекул ДНК и молекул энзимов, веществ, "анализирующих" ДНК. Элементы компьютера работают в жидком состоянии - они взвешены в веществе, залитом в ту самую пробирку, о которой речь шла несколькими строками выше. Исследователи рассчитывают, что следующим шагом станет создание устройства, способного анализировать живые молекулы ДНК. Оно поможет в поисках патологий и в разработке новых лекарств. Однако это - планы на отдаленное будущее. Пока что нанокомпьютеры будут использовать для того, чтобы облегчить задачу анализа ДНК в лабораторных условиях. Прежде всего, речь идет о расшифровке геномного кода живых существ. Эту процедуру сейчас проделывают с самыми разными лабораторными объектами - от мух-дрозофил и обычных помидоров до человеческих организмов. Как только ДНК будет расшифрована, ученые смогут узнать массу новых подробностей о том, как функционируют природные механизмы хранения и передачи данных.

Руководитель исследовательского коллектива из Израиля профессор Эхуд Шапиро говорит, что новый компьютер способен работать полностью автономно. Человек этой миниатюрной ЭВМ совершенно не нужен. "Пока что, - говорит профессор Шапиро, - нанокомпьютер способен обрабатывать только синтезированную ДНК. Но очень скоро дело дойдет и до настоящих молекул". В интервью Би-би-си доктор Шапиро рассказал о том, как именно функционирует нанокомпьютер. Все его составляющие - прежде всего, устройства ввода, вывода и обработки информации - представляют собой молекулы ДНК. На особом сочетании этих молекул построен и программный код новой машины. Израильские ученые считывают результаты работы нанокомпьютеров, пропуская жидкость, в которой растворены молекул ДНК, через особый гель, тот самый, который используют при анализе обычных молекул ДНК.

О создании компьютеров на основе молекул ДНК говорят уже очень давно. Прорыв произошел в 1994 году, когда американский ученый Леонард Адельман с помощью именно такой машины решил так называемую "задачу коммивояжера". Этим термином математики окрестили любопытную теоретическую проблему - как следует действовать некоему идеальному коммивояжеру, чтобы объехать всех клиентов с наименьшими затратами времени. Профессор Адельман позже использовал результаты, полученные в ходе этого теоретического исследования, в работах над системой шифрования данных в интернете. Уже тогда, в 1994 году, он говорил, что работать с компьютерами на базе ДНК куда удобнее, чем с обычными машинами. Они способны хранить огромные массивы информации. Плотность размещения данных в таких машинах примерно в 100 тысяч раз выше, чем на обычном жестком диске. Более того, что бы там ни говорили программисты Microsoft, обычный компьютер не в состоянии делать несколько дел одновременно. Он решает задачи поочередно - но очень быстро, настолько быстро, что пользователи этого даже не замечают. Молекулы ДНК работают "в команде". Именно они обладают истинной многозадачностью, над достижением которой так давно бьются лучшие компьютерные умы планеты. Профессор Шапиро и его команда, впрочем, говорят, что подошли к проблеме создания ДНК-компьютера совсем не так, как доктор Адельман. Прежде всего, это объясняется тем, что они ставили себе совсем другие цели.

Израильтяне не решали абстрактные математические задачи. Они пытались построить компьютер, который был бы способен работать с природной информацией, которая зашифрована в молекулах ДНК. Специалисты говорят, что достижения доктора Шапиро - огромный шаг на пути к решению этой проблемы. Исследования в области создания ДНК-компьютеров начались, когда ученые заметили поразительное сходство между тем, как работает ДНК и тем, как могла бы быть устроена идеальная вычислительная машина - так называемая машина Тюринга. Профессор Шапиро говорит: "Машина Тюринга должна воспринимать информацию и хранить ее в виде цепочки символов. Так же ведет себя и живая ДНК". Пока что израильтяне создали лишь один из вариантов машины Тюринга. Их нанокомпьютер работает лишь с двумя символами - так же, как и обычные ЭВМ, оперирующие понятиями "логический ноль" и "логическая единица". Конечная задача израильских ученых - расширить список доступных их машине понятий.

2. Конверсия энергии солнца в технически удобные виды энергии и топлива с помощью биотехнологий

Если строго подходить к определению возобновляемых источников электроэнергии, то основным источником первичной энергии на Земле является Солнце, поскольку и движение атмосферного воздуха (ветер), и морские течения, и движение волн, и таяние льдов, и производство биомассы есть естественные преобразования солнечной энергии. Человечество научилось использовать эту естественным образом преобразованную энергию солнца в своих целях для получения электрической энергии с помощью ветроэнергетических установок, морских и волновых электростанций, электростанций на биомассе, и т.п.

Но традиционно в возобновляемой электроэнергетике солнечной энергией мы называем получение электричества либо в теплосиловых установках, где тепло от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения, либо в установках прямого преобразования солнечного излучения с помощью полупроводниковых фотоэлектропреобразователей. Причем специалисты утверждают, что системы прямого преобразования энергии Солнца в электрическую представляются наиболее перспективными и доступными из всех видов возобновляемых источников.

В конце 70-х - начале 80-х годов в разных странах мира было построено семь пилотных солнечных электростанций (СЭС), так называемого башенного типа с уровнем мощности от 0,5 до 10 МВт. Самая крупная СЭС мощностью 10 МВт (Solar One) была построена в Калифорнии. Эти СЭС были построены по одному принципу: поле размещенных на уровне земли зеркал-гелиостатов, следящих за солнцем, отражает солнечные лучи на приемник-ресивер, установленный на верху достаточно высокой башни. Ресивер представляет собой солнечный котел, в котором производится водяной пар средних параметров, направляемый потом в стандартную паровую турбину.

Существуют и другие проекты, в которых используется гибридная солнечно-топливная СЭС, мощностью 30 МВт с объемным ресивером, в котором подогревается атмосферный воздух, направляемый затем в паровой котел, где производится водяной пар, работающий в цикле Ренкина. На тракте воздуха от ресивера к котлу предусматривается горелка для сжигания природного газа, количество которого регулируется таким образом, чтобы в течение всего светового дня поддерживать заданную мощность. При этом стоимость электроэнергии вырабатываемой СЭС ожидалась на уровне ТЭС на органическом топливе.

 Скачать реферат