كشفت دراسة جديدة عن الإمكانيات الهائلة للحوسبة البيولوجية، والتي يمكن أن توفر حلولاً مبتكرة للجيل القادم من الدوائر المتكاملة. في مقال نُشر في مجلة Materials Today Nano، راجع المؤلفون "الدوائر المتكاملة البيولوجية" الموجودة حالياً والتي تستخدم الـ DNA أو البروتينات في التحليلات السريرية، واستعرضوا آفاق دمجها مع الدوائر المتكاملة التقليدية.

تتطور أنظمة الحوسبة ومكوناتها الأساسية - الدوائر المتكاملة - من خلال استغلال الوظائف الحوسبية المتأصلة في الأنظمة البيولوجية. يقف مجال الدوائر المتكاملة حالياً عند مفترق طرق:

من جهة، وصلت التقنيات التقليدية إلى حدودها الفيزيائية.

من جهة أخرى، تتطور الحوسبة المحاكية للبيولوجيا (biomimetic computing) بقوة، سواء عبر الأساليب البرمجية (النماذج العصبونية) أو العناصر الوظيفية الجديدة (memristors). خلال العقود القليلة الماضية، نجح الباحثون في "تسخير" الـ DNA لإجراء حوسبة بيولوجية في التطبيقات الطبية.

يقول المؤلف الرئيسي إيفان بوبرينيتسكي (Ivan Bobrinetskiy):

«خلال تطوير أجهزة استشعار إلكترونية بيولوجية جديدة، كنّا منذ فترة طويلة ندمج الجزيئات الحيوية مع تقنيات مثل الترانزستورات ذات التأثير الميداني (field-effect transistors). السؤال المثير هو: هل يمكننا استخدام هذه الشرائح الإلكترونية البيولوجية الدقيقة لحل مشكلات أوسع نطاقاً؟»

الميزة الرئيسية لهذه الأنظمة هي درجة التزامن العالية للغاية. فالمعالجات التقليدية تنفّذ الأوامر تباعاً، بينما يمكن لمليارات الجزيئات داخل قطرة واحدة للسائل أن تعمل في الوقت نفسه، حيث يؤدي كل جزيء جزءاً من المهمة الكلية.

هذا يفتح الطريق أمام تحليل البيانات فائق السرعة، مثل تشخيص أمراض متعددة في الوقت نفسه من قطرة دم واحدة فقط، أو تسريع أداء خوارزميات الذكاء الاصطناعي في التعرف على الأنماط. كما يمكن أن تنخفض الطاقة المطلوبة لهذه الحوسبة بشكل كبير.

يقدر العلماء أن هذه التقنية ستكون الأكثر فائدة في تطوير الطب الشخصي، حيث يعتبر التحليل السريع والدقيق للبيانات البيولوجية المعقدة أمراً حاسماً. كما يمكن تطبيقها في تخزين المعلومات الآمنة وتطوير أنظمة تشفير جديدة تعتمد على المبادئ البيولوجية.