عصر جدید محاسبات زنده؛ جایگزینی سیلیکون با باکتری ها

در دهه های گذشته، سیلیکون به عنوان ستون اصلی دنیای فناوری و قلب تپنده ی تمام تراشه ها و پردازنده ها شناخته می شد. اما اکنون دانشمندان در آستانه ی گشودن فصلی تازه هستند: استفاده از موجودات زنده به عنوان پردازنده های هوشمند. پژوهشگران دانشگاه رایس آمریکا با دریافت بودجه ای نزدیک به دو میلیون دلار از بنیاد ملی علوم این کشور، پروژه ای را آغاز کرده اند که می تواند آینده ی رایانش را متحول کند: تبدیل باکتری ها به «پردازنده های زنده».

باکتری ها به عنوان پردازنده

ایده ی اصلی این پروژه ساده اما شگفت انگیز است. هر سلول باکتری می تواند همانند یک پردازنده ی کوچک عمل کند. هنگامی که میلیون ها سلول با یکدیگر در شبکه ای زنده متصل می شوند، با ارسال سیگنال های شیمیایی و الکتریکی قادر به پردازش اطلاعات خواهند بود. این رویکرد تفاوتی بنیادی با تراشه های سیلیکونی دارد، چرا که باکتری ها به طور طبیعی فعال می مانند، انرژی بسیار کمتری مصرف می کنند و پردازش را به صورت موازی انجام می دهند؛ درست همان گونه که مغز انسان کار می کند.

آغاز زیست محاسبات

این حوزه ی نوظهور که «زیست محاسبات» (Biocomputing) نام دارد، پیش تر با استفاده از ارگانوئیدها ـ خوشه هایی از سلول های مغزی رشد یافته در آزمایشگاه ـ مورد بررسی قرار گرفته است. حتی شرکت سوئیسی FinalSpark توانسته پردازنده هایی مبتنی بر ارگانوئیدها را به صورت اینترنتی اجاره دهد و از آن ها برای پردازش هوش مصنوعی استفاده کند. با این حال، تمرکز روی باکتری ها مزیت بزرگی دارد: این موجودات ساده، مقاوم و بسیار فراوان هستند و توانایی بالایی در سازگاری و پردازش اطلاعات طبیعی دارند.

کاربردهای کامپیوترهای زنده

کامپیوترهای زنده می توانند نسل تازه ای از زیست سنسورها باشند. تصور کنید تراشه ای باکتریایی در بدن قرار داده شود که در همان لحظه تغییرات شیمیایی یا علائم بیماری را شناسایی کند و اطلاعات را به ساعت هوشمند یا دستگاه پوشیدنی شما ارسال کند. در محیط زیست نیز این فناوری می تواند آلودگی های آب و هوا را با دقتی بیشتر از دستگاه های سیلیکونی آشکار سازد. چنین شبکه های میکروبی قادر خواهند بود همانند سیستم ایمنی بدن، به شرایط محیطی واکنش نشان دهند و با گذر زمان تکامل یابند.

چالش های فنی و اخلاقی

با وجود امیدهای فراوان، مسیر توسعه ی این فناوری بدون مانع نیست. نخستین چالش، نیاز این پردازنده ها به محیطی کنترل شده برای بقا و عملکرد پایدار است. مهندسان باید سیستمی طراحی کنند که بتواند تصمیمات این شبکه های زنده را به زبان دیجیتال ثبت و استفاده کند. در کنار مسائل فنی، پرسش های اخلاقی و حقوقی نیز مطرح می شود. آیا باید برای پردازنده های زنده همانند ماشین ها قانون گذاری کرد یا باید آن ها را موجودات زنده به شمار آورد؟ اگر یک پردازنده ی میکروبی دچار جهش یا تکامل پیش بینی نشده شود، مسئولیت آن بر عهده ی چه کسی خواهد بود؟

پاسخ طبیعت به محدودیت سیلیکون

زیست محاسبات پاسخی طبیعی به محدودیت های فناوری کنونی است. با رشد سریع هوش مصنوعی و نیاز روزافزون به قدرت پردازش، معماری های سیلیکونی به سقف کارایی نزدیک می شوند. اما طبیعت طی میلیاردها سال، سیستم هایی همچون مغز و شبکه های سلولی را پرورش داده که در پردازش اطلاعات بی رقیب هستند. اکنون بشر می تواند با الهام و مهندسی این سازوکارها، گامی نو در علم محاسبات بردارد.

آینده دیتاسنترهای زنده

اگر این فناوری به بلوغ برسد، دیتاسنترهای آینده به جای ردیف های پر از تراشه های سیلیکونی و دستگاه های خنک کننده ی پرمصرف، کلونی هایی از باکتری ها خواهند بود که خود را بازتولید کرده و به طور طبیعی پایدار می مانند. این کلونی ها نه تنها محاسبات را انجام می دهند، بلکه می آموزند، با محیط سازگار می شوند و حتی قابلیت تکامل دارند.

پروژه ی دانشگاه رایس و تحقیقات مشابه نشان می دهد که آینده ی فناوری الزاماً به سیلیکون وابسته نخواهد بود. باکتری ها، این موجودات میکروسکوپی که روزگاری صرفاً به عنوان عامل بیماری یا بخشی از اکوسیستم شناخته می شدند، اکنون در آستانه ی تبدیل شدن به ستون های دنیای محاسبات هستند. اگرچه چالش های فنی و اخلاقی زیادی وجود دارد، اما چشم انداز «کامپیوترهای زنده» بی شک یکی از جسورانه ترین گام های بشر در مسیر ادغام فناوری و حیات است.