الحواسب الحيوية
الحواسب الحيوية تستعمل نظماً من جزيئات مشتقة حيوياً، مثل حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين والبروتينات لأداء العمليات الحسابية بما فيها تخزين، استرجاع، ومعالجة البيانات. حيث أصبح تطوير الحواسب الحيوية ممكناً بواسطة توسع علم التقانة النانوية الحيوية الجديد. كما يمكن تعريف مصطلح التقانة النانوية الحيوية وفق عدة طرق، وبشكل عام يمكن تعريف التقانة النانوية الحيوية كأي نوع من التقانة التي تجمع استخدام مواد مقيّسة بحجم النانو، وهي المواد التي تتميز بأبعاد تتراوح بين 1-100 نانومتر، بالإضافة إلى مواد ذات أساس حيوي (34).4. وكتعريف أكثر دقة يمكن وصف التقانة النانوية الحيوية بأنها تصميم وهندسة البروتينات التي يمكن تجميعها فيما بعد إلى بنى وظيفية أكبر (116-117) (9).³,1 إن تطبيق التقانة النانوية الحيوية كما هو معرّف في هذا المعنى الضيق يمنح العلماء قابلية هندسة نظم من الجزيئات الحيوية يمكنها أن تتفاعل مع بعضها بشكل خاص بطريقة يمكنها أن تؤدي في نهاية المطاف إلى تحقيق وظيفة حسابية للحاسوب. إن المجال الواعد لأبحاث الحاسب الحيوي تستخدم العلم الكامن وراء المواد الحيوية بحجم النانو لتطوير أشكال مختلفة من الأجهزة الحسابية، التي قد يكون لها الكثير من التطبيقات المستقبلية المحتملة. ويمكن للحواسب الحيوية التي تستعمل التقانة النانوية الحيوية أن تصبح الأرخص، الأكثر كفاءة في استعمال الطاقة، الأقوى، والأكثر اقتصاديةً من أي حاسب متاح تجارياً. ويعمل العلماءعلى تحقيق تقدم كبير للنهوض بهذا العلم.
خلفية علمية
تستعمل الحواسب الحيوية مواد مشتقة حيوياً لأداء وظائف حسابية. يتكون الحاسب الحيوي من مسار أو سلسلة من المسارات الاستقلابية التي تستهلك مواداً حيوية يتم العمل على هندستها لتسلك سلوكاً محدداً حسب شروط (مداخل) النظام. ويتألف المسار الناتج عن التفاعلات التي تحدث من خرج يعتمد في الأساس على التصميم الهندسي للحاسب الحيوي ويمكن أن يفسر على أنه شكل من أشكال التحليل الحسابي. ويمكن التمييز بين ثلاثة أنواع من الحواسب الحيوية وهي: الحواسب الكيميائية الحيوية، الحواسب الميكانيكية الحيوية، والحواسب الإلكترونية الحيوية (349-351).²
الحواسب الكيميائية الحيوية
تستعمل الحواسب الكيميائية الحيوية مجموعة كبيرة متنوعة من حلقات التغذية الراجعة والتي تميز التفاعلات الكيميائية الحيوية من اجل تحقيق وظيفة حسابية. وتأخذ حلقات التغذية الراجعة أشكالاً كثيرة في النظم الحيوية، ويمكن للعديد من العوامل المختلفة أن تؤمن تغذية خلفية موجبة أو سالبة إلى عملية كيميائية حيوية معينة، مما يسبب إما زيادة في الخرج الكيميائي أو نقصان في الخرج الكيميائي على التوالي. وهذه العوامل يمكن أن تتضمن كمية أنزيمات الحفاز الموجودة، كمية المواد الداخلة في التفاعل، كمية المنتجات، ووجود جزيئات تربط وبالتالي تعدّل التفاعل الكيميائي لأي من العوامل المذكورة سابقاً. ونظراً لطبيعة هذه النظم الكيميائية الحيوية يمكن تنظيمها بواسطة الكثير من الآليات المختلفة، فيمكن لأحدها أن ينظم هندسياً مسار كيميائي يضم مجموعة من المكونات الجزيئية التي تتفاعل لإنتاج ناتج معين تحت مجموعة من الشروط الكيميائية المحددة وناتج معين آخر تحت مجموعة أخرى من الشروط. إن وجود منتج معين ناتج عن المسار يمكن أن يكون كإشارة يمكن تفسيرها، بالإضافة إلى إشارات كيميائية أخرى، كخرج حسابي يعتمد على الشروط الكيميائية الأولية للنظام، أي الدخل.
الحواسب الميكانيكية الحيوية
إن الحواسب الميكانيكية الحيوية مشابهة للحواسب الكيميائية الحيوية من حيث أن كلاهما يؤديان خرجاً محدداً يمكن تفسيره كعملية حسابية وظيفية تعتمد على شروط ابتدائية محددة هي المدخلات. ولكنهما يختلفان في ما قد تكونه إشارة الخرج. ففي الحواسب الكيميائية الحيوية يكون وجود أو تركيز مواد كيميائية معينة بمثابة إشارة الخرج. بينما في الحواسب الميكانيكية الحيوية، يكون الشكل الميكانيكي لجزيء معين أو لمجموعة من الجزيئات تحت مجموعة من الشروط الابتدائية بمثابة الخرج. تعتمد الحواسب الميكانيكية الحيوية على طبيعة جزيئات معينة لإتخاذ تشكيلات فيزيائية معينة تحت شروط كيميائية محددة. ويتم الكشف عن البنية الميكانيكية ثلاثية الأبعاد لمنتج الحاسب الميكانيكي الحيوي وتفسيرها بشكل مناسب كخرج محسوب.
الحواسب الالكترونية الحيوية
ويمكن بناء الحواسب الحيوية أيضاً لأداء حوسبة إلكترونية. وأيضاً كما في الحواسب الميكانيكية الحيوية والحواسب الكيميائية الحيوية، تُنفّذ الحسابات بواسطة تفسير خرج محدد يعتمد على مجموعة أولية من الشروط والتي تكون بمثابة الدخل. وفي الحواسب الإلكترونية الحيوية يكون الخرج المقاس هو طبيعة الناقلية الكهربائية الملاحظة في الحاسب الإلكتروني الحيوي، والتي تضم جزيئات حيوية مصممة بشكل خاص تقوم بنقل الكهرباء وفق طرق محددة وبالاعتماد على الشروط الأولية التي تكون بمثابة الدخل للنظام الإلكتروني الحيوي.
المراجع
areq.net
التصانيف
تقانة نانوية تقانة حيوية العلوم التطبيقية العلوم البحتة