Техника - молодёжи 1989-01, страница 19

то вдоль оси такой стопки электроны смогут двигаться от одного атома металла к другому. Получится молекулярный провод, окруженный вдобавок «изоляцией» из углеводородных комплексов.

Но создать молекулярные проводящие нити—лишь полдела, нужио еще придумать, как ими пользоваться. Ведь такими проводами нужно соединить две определенные молекулы, находящиеся среди миллиардов себе подобных, и пока неясно, как это сделать. Быть может, выручит невероятная избирательность биохимических реакций? Благодаря ей некоторые ферменты, расщепляющие и соединяющие молекулярные цепи, чувствуют разницу между огромными молекулами, различающимися лишь одним-двумя атомами. Эти ферменты, способные найти единственную молекулу во всем объеме раствора и прореагировать именно с ней, могут стать микроскопическими инструментами для сборки Только представьте: без всякого участия человека отыскиваются нужные молекулы и точки соединений, прикрепляются молекулярные провода — биоэлектронное устройство строит себя само, как живой растущий организм.

Допустим, биокомпьютер сделан и работает. Здесь возникает еще одна трудность — ведь результаты его расчетов нужно вывести на экран дисплея или на печатающее устройство. Как? Сигналы биомолекул настолько слабы, что не могут управлять обычной электроникой; их придется усиливать в миллиарды раз. Видимо, для этого потребуются те самые методы, которые природа использовала в биорецепторах.

Итак, проблем много, но исследователи не сдаются Еще бы — игра стоит свеч! Вот лишь один пример уникальных возможностей биоэлектроники.

Микросхемы сейчас изготовляют по так называемой планарной технологии («ТМ», 1988 г., № 8). Что это значит? На плоской поверхности кремниевого кристалла создается рисунок, по которому вытравляется нужный рельеф. Затем эти неровности превращают в элементы ЭВМ, нанося на них специальные покрытия или обогащая их примесями. Поскольку дорожки-связи между элементами лежат в одной плоскости, они не должны пересекаться. Но ведь на одном кристалле размещаются сотни тысяч эле

ментов, а связей между ними и того больше. Поэтому, разрабатывая каждую новую микросхему, конструкторы решают почти неразрешимую задачу — придумывают оптимальное размещение элементов и схему связей. Перед биоэлектроникой же такая задача вообще не встает. Молекулярные элементы и молекулярные провода способны образовать схемы в тысячи или миллионы этажей. Вырвавшись из плоскости в объем, можно избавиться от всех ограничений.

Есть у биоэлектроники и третье направление — самое сложное, самое неразработанное, но зато и самое заманчивое. Речь идет о создании новых принципов обработки информации, новых структурных схем ЭВМ

Существуют, как известно, два вида вычислительных устройств — цифровые и аналоговые. Первые воспринимают информацию в виде набора чисел, а ее обработка сводится к простым арифметическим действиям. Во вторых информация представлена реальными величинами — электрическими напряжениями, токами или даже размерами механических деталей. Задача здесь решается не вычислениями, а проведением модельного процесса, соответствующего поставленной задаче. Его исход и есть результат.

Разницу между аналоговыми и цифровыми ЭВМ поясняет простой пример. Допустим, из некоторой группы чисел нужно выбрать самое большое. Можно по очереди брать пары чисел и сравнивать их. Когда будут перебраны все, задача решится Именно так работает цифро вой компьютер. Но есть иной вариант. Мысленно представим тонкие палочки, обломанные так, что их длина (в определенном масштабе, конечно) соответствует величи не данных чисел. Соберем их в пу чок и вертикально поставим на стол. Сразу же определится наибольшее уисло — это та палочка-символ, которая выше других Таков аналоговый метод решения.

Цифровые устройства универсальны, аналоговые нет: для решения очередной задачи в первом случае достаточно ввести в ЭВМ новую программу, тогда как в аналоговом компьютере придется менять саму конструкцию. Кроме того, на цифровых ЭВМ значительно легче обеспечить необходимую точность расчетов. Эти два преиму

щества и объясняют нынешнее распространение цифровых устройств.

Однако у цифрового компьюте ра есть принципиальный недостаток: машине приходится складывать и умножать миллионы чисел, чтобы в конце концов выдать лишь два-три нужных. Подобная неэкономичность особенно вредна, когда приходится решать множество сложных задач одного вида. Аналоговый компьютер справится здесь быстрее. Правда, такую ЭВМ, способную решать достаточно сложные задачи, до сих пор не удавалось построить. Ситуация может в корне измениться с развитием биоэлектроники.

В последнее время в разных областях науки обнаружены сложные процессы, описывающиеся похожими законами. Замечены они и в биологических системах. Родилась идея использовать последние как аналоговые ЭВМ. Ведь наблюдения за биохимическими опытами позволят судить о ходе протекающих в них процессов.

Аналоговый биокомпьютер можно сравнить с мыслящим океаном Соляриса в романе Лема. В зависимости от заданных условий в нем протекают различные биохи мические реакции, а возникновение или распад определенных веществ будет означать тот или иной результат вычислений. Прохождение реакции в 1см³ вещества сопровожда ется изменением состояния Ю²⁰ молекул. Грубо говоря, это эквивалентно такому же количеству переключений логических элементов цифровой ЭВМ. Поэтому аналоговые биоустройства по быстродействию и точности смогут превзойти все современные суперкомпьютеры. А поскольку в одной и той же системе возможно бесконечное разнообразие биохимических процессов, она окажется способной решать самые разные задачи, то есть будет универсальной.

Читатель, вероятно, заметил, что в статье то и дело встречаются слова «будут», «станут», «быть может». Что поделаешь биоэлек троника только рождается. Но будущее это не столь отдаленно, как кажется. Вспомним: вся история полупроводниковой электроники, от первого транзистора до современных микроЭВМ, заняла около 40 лет. Даже если допустить, что биоэлектроника будет развиваться не столь стремительно, первых результатов осталось ждать не так уж долго

2 «Техника — молодежи» № 1

17