Специалисты из Массачусетского технологического института испытали любопытный подход к моделированию биологических систем «в железе». Созданная ими схема с замечательной точностью воспроизвела ряд аспектов работы настоящей клетки.
Наряду с численным моделированием давно известны попытки построения логических микросхем, имитирующих сигналы и обмен веществ в клетках. Но обычно в таких экспериментах используется двоичная логика, а она лишь очень грубо отражает процессы, идущие в клетке.
Действительно, биологи знают, что если в клетке имеется определённое химическое вещество, происходят одни события, если оно отсутствует — другие. «Но сигналы в клетках — не единицы или нули, — говорит ведущий автор новой работы Рахул Сарпешкар (Rahul Sarpeshkar). — Это слишком упрощённая абстракция». Потому исследователи обратились к полузабытой аналоговой электронике. С её помощью экспериментаторы смоделировали два типа взаимодействий между белками и ДНК.
В необычной схеме использовались транзисторы, как и в цифровых системах, но только здесь у транзисторов было не два состояния (канал открыт или закрыт), а множество промежуточных, переходных состояний с проводимостью той или иной степени. Эти состояния можно было уподобить концентрациям веществ.
Чем больше вы хотите воспроизвести реакций, тем больше вам нужно транзисторов. Причём в случае с двоичными схемами это число нарастает лавинообразно. А аналоговые схемы позволяют обойтись очень скромным числом элементов.
Так в нынешнем исследовании учёные воспроизвели эффект постепенного увеличения концентрации двух различных белков внутри клетки. Оба белка заставляли клетку начать производить другие белки. Но действовали эти исходные вещества по-разному. Первое связывалось с ДНК, давая команду на увеличение синтеза, а второе деактивировало ещё один белок, который тормозил синтез. Оба этих процесса удалось воспроизвести в схемах, состоящих всего из восьми транзисторов каждая.
Конечно, в будущих исследованиях речь может пойти о моделировании сотен или даже тысяч реакций, что поможет биологам разобраться в тонкостях перекрёстного влияния множества биохимических сигналов. Сегодняшняя же работа просто показывает возможности аналогового подхода. (Подробности — в пресс-релизе института.)
Это потом перешли на цифру, как дань моде.
В клетке тоже можно часть сделать цифровой, отвечающей за управление, а часть аналоговой, отвечающей за реакции и процессы...
Начальник: Надо быстренько сделать человека, что для этого нужно?
Подчиненный: (бодро) одну женщину и девять месяцев!
Н: Ну девять месяцев мы Вам дать не можем, даём один. Но зато дадим девять женщин! :-)))
Все в этом мире — абсурд.
По сути моделируется система из 8 нелинейных уравнений.
Зачем заниматся ерундой если с такой фигней справится любой математический пакет.
Возможно есть теоретический смысл в аналоговом моделировании систем из милиардов уравнений, но опять же сложность реализации в «железе» ставит под вопрос реализуемость такого подхода (аналоговые схемы не так легко маштабируются как цифровые, да и топология соединений, технология транзисторов ит.д. может не позволить все что хочешь смоделировать). Гораздо проще и дешевле использовать какой нибудь мощный вычислительный кластер.
Надежность — при определенной архитектуре чипы, которые могли бы быть дефектными для цифрового применения, в аналоге могут спокойно работать (об этом речь уже шла в теме про вероятностный процессор). Это позволяет сделать годный чип таких размеров, которые для цифровой техники неприменимы.
Посмотрите проект по изучению мозга FACETS (Fast Analog Computing with Emergent Transient States):
facets.kip.uni-heidelberg.de/index.html
Там явно не 8 транзисторов.
Процессы в природе аналоговые (в том числе мозг можно рассматривать как аналоговую вычислительную машину). И если некоторая аналоговая схема будет с определенных позиций эффективнее (лучше, удобнее, ярче, веселее, нужное подчеркнуть) моделировать процесс, почему бы не пробовать это использовать?
Но опять же: нужно отталкиваться от задачи. Если задача тривиальна (сложить или сравнить два сигнала), то возможно эффективнее использовать аналоговую схемотехнику. Никто от нее отказываться не собирается.
Так что теоретически, если нужно решить какую-либо сложную задачу, требующую множества строго определенных вычислений, и при этом существует относительно несложная аналоговая схема, которая так же выполняет эти вычисления, то вполне возможен вариант, что у аналогового решения будет приемущества (хотя бы по скорости вычисления). И если эта задача утилитарна, то почему нет?
сейчас выпускаются тысячи разных контроллеров как универсальных, так и специализированных. Бывает, что дешевле поставить копеечный восьминогий контроллер и на нем реализовать полосовой фильтр, чем городить тоже самое на ОУ, и при этом останется возможность менять на ходу параметры фильтра. В общем мир давно изменился.
Посмотрите, я там выше оставил ссылку на FACETS. Хотя бы такая задача.
Потом, вот это: www.membrana.ru/particle/3399
почти из той же оперы.
remicon.ru/prod/depend/29/
я купил, пользовался, все путем. Ради интереса — разобрал посмотрел. Так вот, внутри стоит две микросхемы, одна — ДТМФ декодер, вторая — микроконтроллер. Два кварцевых резонатора, кучка обвязки. Однако если декодер ДТМФ реализовать программно, то себестоимость его снизится в двое! При массовом производстве это ооооочень серьезная цифра.
когда-то мне читали курс ТАУ, в то время, когда я уже владел несколькими языками программирования, в т.ч. ассемблером для популярного МК, я в упор не понимал, нафига эта теория АНАЛОГОВОГО (а не автоматического ;) управления нужна, когда можно все реализовать программно. Так до сих пор особо и не понял, хотя прошло 15 лет.