Phát triển thành công máy tính sinh học có thể thở như người

Xét về kích thước, con chip mà đội ngũ nghiên cứu tạo ra chỉ là 1 hình vuông với cạnh 1,5cm nhưng nếu sử dụng kính hiển vi để quan sát thì chúng ta sẽ thấy một mạng lưới protein vô cùng phức tạp.

Những siêu máy tính luôn sở hữu một sức mạnh tính toán khủng khiếp và có thể làm được những điều phi thường. Mặc dù vậy, những cỗ máy này thường rất đắt, cực kỳ ngốn điện, lúc nào cũng ở trong trạng thái cực nóng và thậm chí còn lớn hơn cả căn nhà của bạn.

Một siêu máy tính là một máy tính vượt trội trong khả năng và tốc độ xử lý. Thuật ngữ Siêu Tính Toán được dùng lần đầu trong báo New York World vào năm 1920 để nói đến những bảng tính (tabulators) lớn của IBM làm cho trường Đại học Columbia. Siêu máy tính hiện nay có tốc độ xử lý hàng nghìn teraflop (một teraflop tương đương với hiệu suất một nghìn tỷ phép tính/giây) hay bằng tổng hiệu suất của 6.000 chiếc máy tính hiện đại nhất hiện nay gộp lại (một máy có tốc độ khoảng từ 3-3,8 gigaflop).

Các nhà khoa học tại đại học McGill (Canada) cùng với những chuyên gia đến từ Đức, Thụy Điển, Hà Lan đã tạo ra một hướng đi mới cho việc thiết kế những cỗ máy như vậy – thay vì dựa trên những bản mạch kỹ thuật họ sẽ sử dụng những loại protein để chuyển tiếp thông tin xử lý trên một cấu trúc vi mạch sống. Hay nói cách khác, một siêu máy tính sống đúng nghĩa đen và có thể thở được như bất kỳ sinh vật sống nào khác sắp sửa xuất hiện.

Xét về kích thước, con chip mà đội ngũ nghiên cứu tạo ra chỉ là 1 hình vuông với cạnh 1,5cm nhưng nếu sử dụng kính hiển vi để quan sát thì chúng ta sẽ thấy một mạng lưới protein vô cùng phức tạp. “Một cấu trúc mạch trên nền mô tế bào sống chính là những gì chúng tôi hướng tới”, kỹ sư sinh học Dan Nicolau Sr. thuộc đại học MGill cho biết. Những sợi protein này được cung cấp bởi phân tử chuyển hóa năng lượng quan trọng trong tế bào có tên adenosine triphosphate (ATP), chúng đóng vai trò như những electron bên trong một mạch điện vậy.

Dĩ nhiên, một chiếc máy tính sống sẽ phải mất nhiều năm nữa mới trở thành một thiết bị hoàn chỉnh nhưng dựa trên những nguyên mẫu thử nghiệm của các nhà khoa học, tương lai của lĩnh vực này là hết sức hứa hẹn. Đội ngũ nghiên cứu cũng cho biết họ hướng tới một mẫu máy tính sinh học có kích thước bỏ túi nhưng sở hữu sức mạnh tính toán không thua gì những siêu máy tính hiện nay – đặc biệt là trong khả năng tính toán song song – và không hề tốn điện. Thêm vào đó, một chiếc máy tính sinh học sẽ cần khí oxy để các thành phần của nó bất ngờ “lằn đùng ra chết” – hay nói cách khác những cỗ máy này có thể “thở” theo một cách hiểu nào đó.

Tính toán song song là một hình thức tính toán trong đó nhiều phép tính được thực hiện đồng thời, hoạt động trên nguyên tắc là những vấn đề lớn đều có thể chia thành nhiều phần nhỏ hơn, sau đó được giải quyết. Vì việc tiêu hao điện năng (dẫn đến sinh nhiệt) từ máy tính đã trở thành một mối lo ngại trong những năm gần đây, tính toán song song đã trở thành mô hình thống trị trong lĩnh vực kiến trúc máy tính , phần lớn là dưới dạng bộ xử lý đa nhân.

Vấn đề máy tính sinh học đã từng tạo ra một chút chú ý vào năm 2013, các chuyên gia của đại học Stanford chế tạo một loại bóng bán dẫn được làm hoàn toàn từ các vật liệu di truyền học và có thể hoạt động được khi nằm bên trong một vi khuẩn đang sống thực thụ. Khả năng có thể cấy ghép vào các thực thể sống chính là ưu điểm lớn nhất của loại bóng bán dẫn này so với bóng bán dẫn truyền thống, vốn được làm từ các vật liệu nhân tạo. Với cái tên Transcriptor, bóng bán dẫn sinh học này được cấu thành từ một tế bào sống, bên trong tế bào đó chứa một mẫu phân tử ADN có kích thước vô cùng nhỏ, chỉ thấy được khi soi qua kính hiển vi.

Để tạo ra nguyên mẫu chip đề cập phần đầu của bài viết, các nhà khoa học đã phải mất tới 7 năm với và họ đang tiến hành những thử nghiệm kiểm chức khả năng tính toán song song của nó với những phép tính từ đơn giản đến phức tạp. Thêm vào đó, kỹ sư Dan Nicolau Sr. cũng nhấn mạnh rằng mặc dù ông và các đồng nghiệp mới chỉ tạo ra được những bước tiến đầu tiên của việc tạo ra một siêu máy tính sinh học trong tương lai.

Tham khảo ScienceAlert

Nguồn: GenK