生物计算机

LOGO
传统计算机的瓶颈
一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时，相当 于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、 化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的 半导体器件不能正常工作。目前最先进的集成电 路已含有17亿个晶体管。再增加是很困难的，必 须想别的出路。
生物技术与计算机技术联姻的生物计算机成为计 算机发展的一个新的突破口。生物计算机就是利 用生物分子代替硅，实现更大规模的高度集成。
LOGO
生物计算机的优点
自我修复性 当我们在运动中，不小心碰伤了身体， 有的上点儿药，有的年轻人甚至药都不上，过几天， 伤口就愈合了。这是因为人体具有自我修复功能。 同样，生物计算机也有这种功能，当它的内部芯片 出现故障时，不需要人工修理，能自我修复，所以， 生物计算机具有永久性和很高的可靠性。
LOGO
生物计算机
Biological Computer
主要内容
生物计算机的由来 什么是生物计算机 生物计算机的发展趋势
LOGO
生物计算机的由来
传统计算机的瓶颈 生物计算机的可能性
有机分子的优点
LOGO
生物计算机的由来
人们惊叹于钱钟书先生超凡的记忆力。据说有 人从图书馆随便翻出什么古典文集来，钱钟书 都能准确无误地复述其内容。20世纪的人，只 能为之兴叹，称之为天才；但是，生活在21世 纪的人们就有可能与钱钟书在记忆力上一试高 低。这种可能性来自即将成为21世纪人类生活 新伙伴的生物电脑。
LOGO
生物计算机的可能性
早在20世纪70年代，人们就发现脱氧核糖核酸 (DNA)处于不同状态时可以代表“有信息”或“无 信息”。于是，科学家设想：假若有机物的分子 也具有这种“开”和“关”的功能，那岂不可以 把它们作为计算机的基本构件，从而造出“有机 物计算机”吗?
一些半醒类有机化合物的分子具备“开”和 “关”2种电态功能，可以把它当成一个开关；蛋 白质分子中的氢也具备“开”和“关”2种电态功 能，因而也可以把一个蛋白质分子当成一个开关。
LOGO
生物计算机的发展趋势
生物电脑的成熟应用还需要一段时间，但是目前科 学家已研制出生物计算机的主要部件———生物 芯片。美国明尼苏达州立大学已经研制成世界上第 一个“分子电路”，由“分子导线”组成的显微电 路只有目前计算机电路的千分之一。
LOGO
LOGO
谢谢大家！
Thank you！
LOGO
生物计算机的可能性
蝙蝠用超声波来定向，人类可以制造一台这样的 超声定向仪，其体积却要比蝙蝠大上许多倍。生 物体的这种高效能和超小型使科学家获得启发： 能否也用有机物来制造计算机呢？
电子计算机最基本的构件是开关元件，正是这千 百万只开关组成的电路显现出各种奇妙的功能。 电子计算机也恰与“关”和 “开”相对应。
LOGO
传统计算机的瓶颈
目前以集成电路为基础的传统计算机已经快要发 展到极限。按照目前的速度，计算机发展遵循的 “摩尔定律”（每18个月芯片速度翻一番，价格 降低一半）将会失效。
从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加， 其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全 面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。
LOGO
生物计算机的优点
可靠性高 由生物分子构成的分子集成电路(生物芯 片)也同一般的生物体一样，具有“自我修复”的机 能，也就是说，即便这种芯片出了点故障也无关大 局，它能够慢慢地自动恢复过来，达到“自我修 复”。所以，这种生物计算机的可靠性非常高，经 久耐用，具有“半永久性”。这对于目前的电子计 算机来说，简直是一件不可思议的事情。
wenku.baidu.comLOGO
生物计算机的发展趋势
生物计算机能够如同人脑那样进行思维、推理，能 认识文字、图形，能理解人的语言，因而可以成为 人们生活中最好的伙伴，担任各种工作，如可应用 于通讯设备、卫星导航、工业控制领域，发挥它重 要的作用。
美国贝尔实验室生物计算机部的物理学家们正在研 制由芯片构成的人造耳朵和人造视网膜，这项技术 的成功有望使聋盲人康复。
LOGO
生物计算机的发展趋势
生物计算机最终会促使电脑与人脑的融合，目前最 新一代实验计算机正在模拟人类的大脑。英国剑桥 大学研究发现了“生物电路”，一些蛋白质的主要 功能不是构成生物的某些结构，而是用于传输和处 理信息。人们正努力寻找神经原与硅芯片之间的相 似处，研制基于神经网络的计算机。尽管目前研制 出来的最先进的神经网络拥有的智力还非常有限， 但大多数科学家认为，仿生计算机是未来发展之路。 国外有科学家预言，到2020年，运算速度更快的生 物将取代硅芯片。
LOGO
有机分子的优点
从根本上说来，由有机分子构成的生物化学元件 是利用化学反应工作的，所以只需很少能量就可 工作，不存在发热问题。 有机计算机目前也正处于研制阶段，它一旦 制造成功，将使现有的一切电子计算机大为逊色。
LOGO
什么是生物计算机
生物计算机 DNA计算机 生物计算机的优点
LOGO
生物计算机
LOGO
DNA计算机
科学家研究发现，脱氧核糖核酸（DNA）有一种特 性，能够携带生物体的大量基因物质。从中得到 启迪，正在合作研究制造未来的液体DNA电脑。
DNA电脑的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基 础，通过和酶的相互作用，将发生过程进行分子 编码，把二进制数翻译成遗传密码的片段，每一 个片段就是著名的双螺旋的一个链，然后对问题 以新的DNA编码形式加以解答。
LOGO
生物计算机的优点
密集度高 它体积小，功效高。在一平方毫米的面 积上，可容纳几亿个电路，比目前的集成电路小得 多，用它制成的计算机，已经不像现在计算机的形 状了，可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。
速度快 分子逻辑元件的开关速度比目前的硅半导 体逻辑元件开关速度高出1000倍以上。如果让几万 亿个DNA分子在某种酶的作用下进行化学反应，就能 使生物计算机同时运行几十亿次，这就意味着运算 速度要比当今最新一代超级计算机快十万倍，能量 消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。
拟人性 生物计算机的主要原材料是生物工程技术 产生的蛋白质分子，生物计算机具有生物活性，能 够和人体的组织有机地结合起来，尤其是能够与大 脑和神经系统相连。
LOGO
生物计算机的优点
这样，生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥， 成为人脑的辅助装置或扩充部分，并能由人体细胞 吸收营养补充能量，因而不需要外界能源。它将成 为能植入人体内，成为帮助人类学习、思考、创造、 发明的最理想的伙伴。 另外，由于生物芯片内流动电子间碰撞的可能 极小，几乎不存在电阻，所以生物计算机的能耗极 小。由于蛋白质分子能够自我组合，再生新的微型 电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，比 如能模仿人脑的思考机制。
LOGO
有机分子的优点
由于有机分子构成的生物化学元件的特殊性，从 而使有机计算机具有三大显著优点： 体积小，功效高 以分子水平的线路为目标的生 物化学元件其大小可能达到几百埃（一万万分之 一厘米 ），1平方毫米的面积上可容数亿个电路， 比目前的电子计算机提高了上百倍。 使生物本身固有的自我修复机能得到发挥，这样 即使芯片出了故障也能自我修复，所以有机计算 机具有半永久性，可靠性很高。
生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。 它利用蛋白质有开关的特性，用蛋白质分子作元
件从而制成的生物芯片。其性能是由元件与元件 之间电流启闭的开关速度来决定的。用蛋白质制 成的计算机芯片，它的一个存储点只有一个分子 大小，所以它的存储容量可以达到普通计算机的 十亿倍。由蛋白质构成的集成电路，其大小只相 当于硅片集成电路的十万分之一。而且运行速度 更快，只有10-11秒，大大超过人脑的思维速度。
LOGO
生物计算机的可能性
人类有一门学科叫仿生学，即通过对自然界生物 特性的研究与模仿，来达到为人类社会更好地服 务的目的。典型的例子如：通过研究蜻蜓的飞行 制造出了直升机；对青蛙眼睛的表面“视而不 见”，实际“明察秋毫”的认识，研制出了电子 蛙眼；对蝙蝠没有视力，靠发出超声波来定向飞 行的特性研究，制造出了雷达、超声波定向仪等； 对“变色龙”的研究，产生了隐身科学和保护色 的应用……