Rozwój w dziedzinie biotechnologii doprowadził do stworzenia pierwszego na świecie biokomputera, który wykorzystuje żywe komórki mózgowe do przetwarzania danych. Ten innowacyjny system, nazwany Neuroplatform, łączy w sobie elementy sprzętu, oprogramowania i biologii, otwierając nowe możliwości w dziedzinie komputerów kwantowych i sztucznej inteligencji. Sercem tej technologii jest jej ogromna wydajność energetyczna, która ma być aż milion razy wyższa niż w przypadku tradycyjnych procesorów cyfrowych.
Czym jest Neuroplatform?
Neuroplatform to unikalna platforma opracowana przez FinalSpark, która łączy w sobie elementy sprzętu, oprogramowania i biologii. W centrum tego systemu znajdują się cztery macierze wieloelektrodowe (MEA), w których umieszczono trójwymiarowe zgrupowania komórek tkanki mózgowej, zwane organoidami. Każda z tych MEA zawiera cztery takie organoidy, połączone ze sobą ośmioma elektrodami służącymi zarówno do stymulacji, jak i rejestracji danych.
Przepływ informacji między organoidami a systemem elektronicznym odbywa się za pośrednictwem przetworników cyfrowo-analogowych o częstotliwości próbkowania 30 kHz i rozdzielczości 16 bitów. Dodatkowo mikrofluidyczny system podtrzymuje życie komórek, a zainstalowane kamery monitorują ich działanie. Oprogramowanie Neuroplatform umożliwia wprowadzanie zmiennych danych do przetwarzania oraz odczyt i interpretację wyników.
Dlaczego bioprocesor jest tak wydajny energetycznie?
Najważniejszą zaletą Neuroplatformy jest jej niezwykła wydajność energetyczna, która według deklaracji FinalSpark ma być aż milion razy wyższa niż w przypadku tradycyjnych procesorów cyfrowych. Ta imponująca różnica wynika z fundamentalnych różnic między biologicznymi a elektronicznymi systemami obliczeniowymi.
Ludzki mózg, z którego pochodzą organoidy wykorzystywane w Neuroplatformie, jest niezwykle energooszczędnym układem. Neurony w mózgu zużywają zaledwie 20-25 watów energii, podczas gdy nawet najbardziej wydajne procesory cyfrowe potrzebują znacznie więcej. Ponadto mózg jest w stanie wykonywać złożone obliczenia przy minimalnym zużyciu energii, co jest nie do osiągnięcia przez tradycyjne układy elektroniczne.
Z badań przeprowadzonych przez FinalSpark wynika, że samo wytrenowanie modelu językowego GPT-3 pochłonęło aż 10 GWh energii – to ponad 6000 razy więcej, niż przeciętny Europejczyk zużywa w ciągu całego roku. Zastąpienie tradycyjnych procesorów biokomputerami bazującymi na organoidach mózgowych mogłoby przynieść ogromne oszczędności energetyczne, co jest kluczowe w obliczu rosnącego zapotrzebowania na moc obliczeniową.
Jak działa Neuroplatform?
Działanie Neuroplatformy opiera się na innowacyjnym połączeniu sprzętu, oprogramowania i biologicznego przetwarzania. Fundamentalnym elementem są wspomniane wcześniej macierze wieloelektrodowe (MEA), w których umieszczono organoidy – trójwymiarowe zgrupowania komórek tkanki mózgowej.
Każda z czterech MEA zawiera cztery takie organoidy, które komunikują się z ośmioma elektrodami. Te elektrody pełnią podwójną rolę – stymulują organoidy oraz rejestrują dane generowane podczas ich przetwarzania. Informacje są następnie przekazywane do układów cyfrowo-analogowych, działających z częstotliwością próbkowania 30 kHz i rozdzielczością 16 bitów.
Aby zapewnić przetrwanie organoidów, Neuroplatforma wyposażona jest w mikrofluidyczny system podtrzymywania życia. Ponadto zainstalowane kamery monitorują działanie całego układu. Po stronie oprogramowania platforma oferuje narzędzia do wprowadzania danych wejściowych oraz odczytu i interpretacji uzyskanych wyników.
Wyzwania związane z biokomputerami
Chociaż technologia Neuroplatformy jest niezwykle obiecująca, nie jest ona wolna od wyzwań. Jednym z problemów jest ograniczona żywotność organoidów mózgowych, które w przeciwieństwie do tradycyjnych układów elektronicznych, mają ograniczony czas pracy.
Początkowo organoidy wykorzystywane w Neuroplatformie przetrwały zaledwie kilka godzin. Jednak dzięki ulepszeniom wprowadzonym przez FinalSpark, udało się wydłużyć ich żywotność do około 100 dni. Mimo to jest to wciąż znacznie mniej niż oczekiwana żywotność tradycyjnych procesorów, które mogą pracować przez lata, a nawet dekady.
Co więcej, utrzymanie odpowiednich warunków środowiskowych dla organoidów, takich jak temperatura, wilgotność i dostęp do składników odżywczych, stanowi stałe wyzwanie dla twórców Neuroplatformy. Konieczność zapewnienia optymalnych warunków dla tych delikatnych struktur biologicznych znacznie komplikuje konstrukcję i eksploatację biokomputera.
Potencjalne zastosowania Neuroplatformy
Pomimo wspomnianych problemów, Neuroplatforma otwiera nowe możliwości w dziedzinie przetwarzania danych i obliczeniach wysokiej wydajności. Jej niezwykła energooszczędność może mieć kluczowe znaczenie w kontekście rosnącego zapotrzebowania na moc obliczeniową, szczególnie w obszarach takich jak sztuczna inteligencja.
Modele językowe, takie jak wspomniany wcześniej GPT-3, wymagają ogromnej ilości energii do treningu. Zastosowanie biokomputerów opartych na organoidach mózgowych mogłoby znacząco zredukować te koszty, czyniąc rozwój zaawansowanych systemów AI bardziej dostępnym i opłacalnym.
Dodatkowo Neuroplatforma może być wykorzystana w badaniach naukowych, symulacjach oraz testowaniu innowacyjnych pomysłów w obszarze neurotechnologii i neuroinformatyki. Możliwość zdalnego dostępu do tej wyjątkowej platformy obliczeniowej otwiera nowe możliwości dla naukowców globalnie, umożliwiając eksperymentowanie z biologicznymi systemami przetwarzania informacji.
Dostęp do Neuroplatformy
Aby wspierać rozwój biokomputerów, FinalSpark udostępnił swoją Neuroplatformę dziewięciu instytucjom badawczym. Każda z nich może uzyskać dostęp do tej unikalnej platformy za opłatą w wysokości 500 USD na użytkownika miesięcznie.
Dzięki współpracy, FinalSpark ma nadzieję na stworzenie pierwszego na świecie w pełni działającego biokomputera. Ponadto firma poinformowała, że już ponad trzydzieści uczelni wyraziło zainteresowanie możliwością korzystania z Neuroplatformy.
Udostępnienie tej technologii społeczności badawczej jest milowym krokiem w kierunku dalszego rozwoju i komercjalizacji biokomputerów. Pozwoli to na intensywne badania nad optymalizacją wydajności, żywotności oraz praktycznych zastosowań tych innowacyjnych systemów przetwarzania danych.
Przyszłość biokomputerów
Stworzenie przez FinalSpark pierwszego na świecie biokomputera opartego na organoidach mózgowych jest kamieniem milowym w dziedzinie przetwarzania informacji. Technologia ta otwiera nowe horyzonty, łącząc elementy biologii, elektroniki i informatyki w spójny system obliczeniowy.
Kluczową zaletą Neuroplatformy jest jej niezwykła wydajność energetyczna, która ma być aż milion razy wyższa niż w przypadku tradycyjnych procesorów cyfrowych. Zastąpienie energochłonnych modeli AI, takich jak GPT-3, biokomputerami opartymi na organoidach mózgowych mogłoby przynieść ogromne oszczędności energetyczne.
Chociaż technologia ta wciąż boryka się z wyzwaniami, takimi jak ograniczona żywotność organoidów, FinalSpark konsekwentnie pracuje nad udoskonaleniem swojego systemu. Udostępnienie Neuroplatformy społeczności badawczej jest ważnym krokiem, który pozwoli na dalszy rozwój i komercjalizację biokomputerów.
W nadchodzących latach możemy się spodziewać, że zainteresowanie i postępy w tej dziedzinie będą rosły. Biokomputery mogą stać się kluczowym elementem przyszłych systemów do przetwarzania danych, znacząco zmniejszając zużycie energii i otwierając nowe możliwości w obszarach takich jak sztuczna inteligencja. Z czasem zobaczymy, czy ten pierwszy na świecie bioprocesor zapoczątkuje prawdziwą rewolucję w obliczeniach o wysokiej wydajności.
Źródło: www.tomshardware.com
