המחשב שיעבוד על עובש
"מחשוב לא קונבנציונלי": תחום מעניין ופורץ דרך. חשבתם אי פעם שיהיה לכם מחשב מעלוקות או מבקטריה? מסתבר שיש דברים כאלו
בספרו הקלאסי של דגלס אדמס, "מדריך הטרמפיסט לגלקסיה", הפלנטה שלנו, כדור הארץ, אינה פלנטה כלל וכלל. למעשה, כדור הארץ, על כלל התהליכים הגיאולוגיים, הכימיים והאורגניים המתרחשים בו, הינו מחשב על. המחשב העצום נוצר על ידי מחשב על אחר, "מחשבה עמוקה", על מנת לגלות מהי השאלה, לבעיית "החיים, היקום וכל השאר", עליה התשובה היא כמובן 42. מחשבי העל הללו נבנו על ידי ישויות קוסמיות וסופר אינטליגנטיות, העכברים, שהשתמשו בבני האדם בתור "עכברי מעבדה". למרבה הצער, מחשב העל נהרס זמן קצר לפני שהספיק לספק את התשובה (או למעשה את השאלה) הנכספת.
במציאות, יש להניח בסבירות גבוהה כי כדור הארץ אינו באמת מחשב. אולם יתכן מאוד כי החומרים והתופעות השונות המתרחשות בו, כמו תהליכים כימיים וביולוגיים, יכולים לשמש כמחשבים, ולמעשה ייתכן שבהם טמון עתידה של תעשיית המחשבים כולה.
אז מה זה בעצם מחשב?
הצורך לפנות לעולם הטבע על מנת לשדרג את עולם המחשבים טמון ב"חוק מור", כלל הזהב אשר הוביל את תעשיית חומרת המחשבים במשך 50 השנים האחרונות. החוק, אשר נוסח על ידי אחד מייסדי אינטל, גורדון מור, ניבא כי צפיפות הטרנזיסטורים במעגלים משולבים, תוכפל כל 18 עד 24 חודשים. בתודעה הפופולרית, החוק התקבע לתחזית לפיה עוצמת המחשוב תוכפל כל שנתיים לערך, אם כי תחזית זו שונה במידת מה ממהות הניתוח המקורי של מור. בין אם מור התכוון לכך או לאו, ובין אם היה זה ניתוח מבריק או נבואה המגשימה את עצמה, בעשרות השנים האחרונות הצליחו יצרני חומרה לעמוד פחות או יותר בקצב שקבעה התחזית.
ייתכן שהתשובה טמונה הרחק מעולם הטרנזיסטורים המזעריים, המעגלים המשולבים והלוגיקה הבינארית. "מחשוב לא קונבנציונלי" הינו תחום מעניין ופורץ דרך בעולם המחשוב המכונה מנסה לייצר מחשבים או לפחות מערכות המבוססות על לוגיקה ממוחשבת מחומרים שלא הייתם מצפים למצוא בסמארטפון או בטאבלט החביב עליכם. ההיגיון המנחה את התחום הינו פשוט: תהליכי מחשוב ומערכות מחשבים אינם מוגדרים באמצעות החומרים המרכיבים אותם. למעשה, מחשב הינו מכשיר או אובייקט בו מתקיים תהליך של קליטת פלט, עיבודו והוצאת הפלט, ומוגדר באמצעות היכולת לבצע תכנית מוגדרת על בסיס פקודות שנכתבו מראש. במשך שני העשורים האחרונים, מדענים העוסקים בתחום התנסו בעיצובים משונים ומקוריים של מחשבים ותהליכים ממוחשבים, כגון שימוש רצפים גנטיים, שרשרות של תגובות כימיות ותהליכי ביולוגיים של יצורים חד-תאיים.
המחשב של אמא טבע
המחשב הבסיסי קיים בעולם עוד הרבה לפני מכונת טיורינג ואפילו מנגנון אנטיקתרה.
מדובר בתא הביולוגי הבסיסי. ניתן לחשוב על התא באופן הבא: בכל תא ה-DNA מספק מקום לאחסון מידע, RNA מהווה מעין קלט, ריבוזומים מבצעים עיבוד וחלבונים מהווים מעין פלט. תהליכי עיבוד במוח מייצגים תהליך מתקדם יותר של עיבוד מידע, במסגרתו תא הנוירון מקבל קלט כימיקלי, הופך אותו לאות חשמלי אשר מוביל לפלט בדמות תהליכים כימיים נוספים בגוף. למעשה, סוג כזה של חשיבה מוביל למסקנה הבלתי נמנעת לפיה כל מערכת ביולוגית, כמו גוף האדם למשל, הינה סוג של מחשב, אשר מקבל קלטים ומוציא פלטים על בסיס סוג מסוים של תהליך כימי המתרחש בתאים.
קיימות מספר דוגמאות מרתקות ל"מחשבים ביולוגיים" שכבר זכו לכינוי "Wetware". כך למשל חוקר בשם סטיב דיטו מאוניברסיטת
ג'ורג'יה הצליח ליצור מעין "מחשב ביולוגי" שמסוגל לבצע חישוב אריתמטי בסיסי. המחשב בנוי מנוירונים של עלוקות, אשר מחווטים באמצעות חיישנים זעירים שהוחדרו לחיות. למחשב זה יש אפילו יתרון מסוים על מחשבים אלקטרוניים, בשל היכולת של הנוירונים ליצור קשרים בין עצמם ללא הוראת המתכנת. המשמעות היא שלמחשב ביולוגי תהיה גמישות שלא קיימת למקבילו המתכתי. יתכן כי ליכולת זו יש יתרון מסוים ביכולות שדורשות לימוד עצמי, כגון זיהוי שפה או תמונות. אמנם בשלב זה קשה להאמין שנראה בקרוב מחשבים שעשויים מתולעים מוצצות דם, אולם המחשב העלוקתי של דיטו נועד להיות בעיקר הוכחה של יכולת שייתכן שתתפתח בעתיד.
ויש דוגמאות נוספות: חוקרים מהטכניון פיתחו לפני כשנתיים סוג של מחשב מולקולרי אשר עשוי ממולקולות ביולוגיות.
מחשב זה מסוגל לבצע "התמרה" בקודים גנטיים שונים. המשמעות של מערכות שכזו הינה התממשקות עם מערכות חיות, ויכולת להשפיע ובמידה מסוימת "לתכנת" תהליכים אורגניים. חוקרים בסטנפורד ו- MIT הצליחו ליצור את המקבילה הביולוגית של טרנזיסטור, רכיב בסיסי של כל מחשב. הטרנזיסטור מתפקד במחשב כמתג אשר ממיר קלט חשמלי למצבים לוגיים בינאריים. המכשירים שנבנו בסטנפורד ו- MIT מסוגלים לשלוט באנזים לאורך רצף של די.אנ.איי. טרנזיסטור ביולוגי יכול להפוך בעתיד לאבן הבניין הבסיסית של מוצרים ביולוגיים דמויי מחשב. מחשבים ביולוגיים שכאלו יכולים להיות תאי בקטריות שמתוכנתים לנטר איכות מים, או אפילו "בניינים חכמים" שבונים את עצמם, כגון גשרים העשויים מחומרים אורגניים.
עובש גאוני
אם מחשב-עלוקה או מחשב חד-תאי לא מספיק בשבילכם, חכו שתשמעו אודות מחשבים העשויים מעובש. ליתר דיוק, העובש "פיזארום פוליספאלום", יצור חד-תאי וצהבהב שנראה באופן מחשיד כמו "בובספוג מכנס-מרובע". אבל לא מדובר בסתם עובש, אלא בעובש חכם במיוחד, אשר הדגים בניסויים מספר יכולות מדהימות של פתרון בעיות מורכבות: כך למשל, כאשר שמים אותו במבוך הוא יודע לנווט בדיוק מדהים את הדרך ליציאה שם נמצא מזון. אם שמים מספר מקורות אוכל ביציאות שונות, העובש ינווט לסוג המזון הבריא ביותר. יתרה מכך, מחקרים מראים כי העובש תמיד בוחר במסלול האופטימלי ביותר למטרה, ויש שכבר הציעו להשתמש בו לתכנון ערים וכבישים.
איך כל זה קשור למחשבים? לעובש הפיזארום יש גם יכולת מדהימה - כאשר מעבירים דרכו זרם, הוא נערך לכך באופן מסוים, וגם "זוכר" את האופן שבו הוא נערך בפעם הבאה שהעובש עובר. המשמעות היא שבתיאוריה ניתן להשתמש בעובש על מנת לבנות "ממריסטור", רכיב חשמלי תיאורטי שזוכר את המצב הבינארי של המחשב, ובתיאוריה מסוגל להחזיר מערכות ממוחשבות באופן מדויק לאופן שבו הם היו לפני שנותקו מחשמל.
מחשוב כימי
השימוש בתהליכים טבעיים בעולם המחשוב לא עוצר ברמה הביולוגית, אלא צולל גם אל תהליכים כימיים. הסיבה לכך היא פשוטה: תהליכי ריאקציה כימיים דומים במידה רבה לתהליכים ממוחשבים. הם כוללים חומר מגיבים, מעין קלט, ובסופם מתקבל תוצר, מעין פלט. בשנות ה-50, מדענים סובייטיים גילו סוג של תהליך כימי אשר מסוגל לחזור על עצמו לאורך זמן, אשר זכו לכינוי "ריאקציית BZ"
(בלושוב-ז'בוטינסקי). אנדרו אדמצקי, חוקר מחשבים מאנגליה, גילה כיצד ניתן להשתמש בתהליך זה על מנת ליצור תהליכים ממוחשבים.
אדמצקי גילה
כיצד ניתן לשלוט בריאקציה ובהתפשטות של גלים כימיים באמצעות אור. כאשר גלים מתנגשים הם נעלמים או משנים כיוון, וניתן לתרגם מצבים אלו ללוגיקה ממוחשבת. לתהליך זה יש יתרון מובנה על פני תהליכי מחשוב אלקטרוניים, כיוון שהוא מתרחש במקביל ובו-זמנית, ולכן תיאורטית יכול לטפל בכמות גדולה מאוד של מידע. ב-2011,
הצוות של אדמצקי גילה שימוש בתהליך זה יכול לפתור בעיות מתמטיות פשוטות. ייתכן כי לניסויים אלו יהיו יישומים מרחיקי לכת בעתיד הרחוק, כגון רכיבי מחשב שיוטמעו בגוף האדם.
