Historicky najúspešnejším výpočtovým systémom je bunka.
Nielenže obsahuje kompletný program na vytvorenie novej bytosti, no počas svojho života urobí obrovské množstvo presných kalkulácií, pred ktorými bledne celá moderná elektronika.
Je to vlastne logické. Elektroniku poznáme niečo vyše polstoročia, bunky zdokonaľujú svoje výpočty miliardy rokov.
Elektronika pracuje s tvrdým kremíkom, bunka s tvárnymi molekulami DNA. Súčasné superpočítače sú obmedzené binárnou sústavou, logikou áno - nie a v konečnej fáze aj Moorovým zákonom.
Bunka má k dispozícii kombinácie štyroch základných súčastí DNA, ktoré označujeme ako písmená A, G, C a T. Môže sa vďaka nim dostať za hranice klasických počítačov a používať aj fuzzy logiku (teda rozmazanú, nejednoznačnú).
O možnosti použiť živý organizmus buď ako vzor, alebo priamo ako nástroj efektívnejšieho počítania, uvažovali už otcovia moderných počítačov Brit Alan Turing a Američan John von Neumann.
IG nobelovka pre Japoncov a Maďarov
Myšlienka skúmať, využiť a postaviť živé počítače sa zatiaľ pohybuje niekde na pomedzí medzi klasickou a novou oblasťou výpočtovej techniky, poviedkou žánru fantasy a humoristickou jednoaktovkou.
Čosi o tom naznačuje udelenie recesistickej IG Nobelovej ceny za rok 2008 japonskému tímu Tošijuku Nakagakiho z Inštitútu fyzikálneho a chemického výskumu v Japonsku (plus ich maďarskej kolegyni Ágote Tóthovej zo Szegedskej univerzity).
Námetom ich výskumu bolo, že slizavka, jednobunkový organizmus z ríše améb meniacich tvar, dokáže nájsť najkratšiu cestu bludiskom pri hľadaní potravy - čiže baktérií, húb alebo drobných kúskov organického materiálu.
Japonsko-maďarský tím zistil, že meňavkovité bunky, ktoré fungujú ako jediný organizmus, sa v bludisku rozdelia a preskúmajú cesty k potrave umiestnenej pri východe. Keď ju niektorá z buniek nájde, zvyšok sa stiahne, opustí nevýhodné zákruty a vydá sa rovno k potrave.
Primitívny počítač vyriešil problém, ako nájsť najkratšiu cestu medzi dvoma bodmi v priestore. To ešte nie je nijaký zázrak, no možnosti améby sa tým nekončia. Keď tých spojených bodov v priestore bude viac, pôjde o informatický problém obchodného cestujúceho.
Tento pán má navštíviť niekoľko miest a chce šetriť cestovné náklady, preto medzi nimi hľadá najkratšiu možnú spojnicu. Rovnako ako améba, akurát s tým rozdielom, že tá na to nepotrebuje nijaké tranzistory ani Moorove zákony.
Rozosmeje, no núti aj rozmýšľať
Japonsko-maďarský tím získal za objav schopností slizovky cenu od Ignáca Nobela, ktorá „ľudí najskôr rozosmeje, no potom ich donúti, aby začali rozmýšľať“.
Podobne je to aj s nasledujúcou víziou amerického informatika Martyna Amosa, ktorý IG Nobelovu cenu síce ešte nemá, no zato už získal ako prvý človek na svete doktorát za prácu o biopočítačoch.
Jeho scéna z budúcnosti pochádza z knihy Genesis Machines, ktorú v češtine pod názvom Na úsvitu živých strojů vydala Mladá fronta: Stanford, Kalifornia, jún 2015. Programátor Neal Mendal ráno prichádza do svojej kancelárie vo firme Advanced BioComputing.
Jeho prvou úlohou je nakŕmiť hladnú hlavnú procesorovú jednotku počítača riedkou organickou tekutinou, ktorá pripomína vývar.
Keď dostanú bunky potravu, môžu sa pustiť do práce. Spolu s bunkami začína pracovať aj Mendal. Náplňou jeho snaženia však nie je nijaký výpočet, ale lúštenie a najmä pochopenie jazyka kolónie miniatúrnych tvorov.
Mendal musí vypátrať, ako bunky robia výpočty, pri ktorých používajú inú logiku než klasické počítače. Musí sa dozvedieť veľa o tom, ako pretvárajú dáta a manipulujú s nimi.
Aby mohli organické počítače v budúcnosti konkurovať kremíkovým, Mendal musí zvládnuť kompletný preklad jazyka buniek do ľudského a naopak, preklad ľudských inštrukcií do ich jazyka.
Chýbajúci článok
K mnohým technickým problémom biopočítania patrí napríklad zvládnutie nového spôsobu zobrazenia zložitých výsledkov získaných výpočtami DNA na displeji, ktorý funguje s použitím neživých elektrónov.
Podľa Jian-Jun Shua z Nanyangskej technickej univerzity v Singapure vedci potrebujú nájsť chýbajúci článok medzi schopnosťami elektrónov a rýchlosťou práce DNA, ktorá nie je obmedzená rýchlosťou svetla.
Jian-Jun Shu so svojimi študentmi Qi-Wen Wangom a Kian-Yan Yongom navrhli nový spôsob manipulácie s úsekmi DNA pri riešení určitých výpočtových problémov.
„Do výpočtov pomocou DNA musí teraz často zasahovať človek. Chceli by sme to upraviť tak, aby bolo potrebných menej ľudských zásahov,“ vysvetlil Shu pre webové stránky PhysOrg.com.
„V kremíkových počítačoch nechávame robiť centrálnu jednotku všetko, a aj my sa potrebujeme dostať do momentu, keď naučíme robiť DNA všetko.“
Prvý bol Adleman
Oblasť biopočítačov už dávno nestojí iba na nesúrodých víziách malej skupinky vedcov. Prvý veľký úspech zaznamenala nová oblasť v novembri 1994.
Vtedy známy americký počítačový expert a profesor na Univerzite Južnej Karolíny Leonard Adleman zostavil a použil prvý molekulárny počítač.
Dokázal, že čudesný molekulárny hybrid zložený zo skúmaviek, gélov a vlákien živej DNA sa môže uplatniť pri výpočtoch a trebárs práve pri riešení známeho problému obchodného cestujúceho, ktorý hľadá najkratšiu možnú cestu medzi siedmimi americkými mestami.
Opis tejto procedúry je pre laikov natoľko zložitý, že prípadných záujemcov odkazujeme na knihu Martyna Amosa.
Dodajme len, že dôležitú úlohu pri ňom hrá gélová elektroforéza, čiže postup známy napríklad z oblasti kriminalistiky alebo pri identifikácii ľudí podľa ich DNA.
Druhou významnou genetickou metódou, bez ktorej by zostali DNA počítače fikciou, je metóda PCR, čiže proces na zväčšovanie množstva sekvencií nukleových kyselín. Vynašiel ju jeden z najoriginálnejších žijúcich genetikov, nositeľ Nobelovej ceny Kary Mullis.
Za zmienku stojí, že časopis New Scientist v čase sporov o Mullisovo prvenstvo pri objave PCR napísal: „Ak zoberieme do úvahy počet právnikov, ktorí proti metóde PCR bojujú, ide rovnako o zlatú baňu ako o vedecký prelom.“
V roku 2002 zostavil Adleman oveľa komplikovanejší systém. Dokázal vyriešiť úlohu s dvadsiatimi premennými, ponúkajúcimi asi milión možných riešení.
Tím Ehuda Shapira z Weizmannovho výskumného ústavu v Izraeli už dávnejšie pripravil DNA počítač, ktorý prevyšuje rýchlosť klasických vyše 300-tisíckrát.
Existujú aj DNA počítače, ktoré vedia fungovať vnútri ľudských buniek a určiť, či je bunka zdravá, alebo chorá. V perspektíve by teda mohli DNA počítače určovať nielen presnú diagnózu, ale aj cielenú liečbu.
Kedy to bude? Amosova vízia nasmerovaná do kalifornského rána v júni 2015 sa síce v mnohých laboratóriách už realizuje, no pokiaľ ide o možnosti komerčného využitia biopočítačov, experti sú väčšinou skeptickí a hovoria o desiatkach rokov.
Tak je to v novej vednej oblasti takmer vždy.
