Vymýšľajú zelené počítače

Konštruktéri chcú mať stále výkonnejšie počítačové procesory so stále menšími rozmermi. Pritom začínajú narážať na technické limity. Vedci však nachádzajú riešenie v zdanlivo vzdialenom svete rastlín.

Cestou do svojho laboratória nakupuje profesor Elias Greenbaum špenát. Vyberá ten najčerstvejší priamo z nákladného auta. So zeleným pokladom sa ponáhľa k laboratórnemu stolu. Nemá však v úmysle zdravo raňajkovať, ale izolovať z listov zhluky bielkovín neobyčajných vlastností a z nich... skonštruovať počítač.

V americkom Národnom laboratóriu v Oak Ridge v Tennessee, kde Greenbaum pôsobí, laboratórny špenát najskôr rozmixujú s ľadom. Potom ho filtrujú a odstreďujú tak, aby oddelili chloroplasty - mikroskopické zelené častice vo vnútri buniek. Práve v chloroplastoch prebieha fotosyntéza - proces, pri ktorom zelené rastliny využívajú energiu slnečného žiarenia.

Keď slnečné svetlo dopadne na list, je pohltené systémom zelených farbív označovaných ako chlorofyly. Tie odovzdávajú energiu do usporiadaných skupín bielkovín - reakčných centier, ktoré umožňujú jej využitie. Keď je energia svetla pohltená, dôjde k prenosu elektrónu z chlorofylu na susednú molekulu bielkoviny. Elektrón uskutoční niekoľko skokov medzi ďalšími bielkovinami, až napokon celý organizovaný zhluk opustí. Celý prenos elektrónu trvá iba niekoľko miliardtín sekundy.

Keď Greenbaum študoval pomocou špeciálneho mikroskopu elektrické vlastnosti fotosyntetických centier, zaujalo ho, že mechanizmus preskoku elektrónu je jednosmerný, zabraňuje elektrónu skočiť naspäť. To mu pripomenulo semestre fyziky a polovodičovú diódu - základnú stavebnú jednotku logických obvodov, a teda aj počítačových procesorov.

Fotosyntetické bielkovinové zhluky sa správajú ako polovodičové diódy o priemere iba 6 až 7 milióntin milimetra. Sú teda dvadsaťkrát menšie ako súčasné kremíkové diódy používané v srdciach počítačov. Každý list špenátu obsahuje stovky miliónov takých biologických diód, čo je približne toľko, koľko majú dnešné výkonné počítače.

Základná súčiastka na stavbu biologických obvodov zelených počítačov je teda na svete, ale k prvému takému procesoru vedie ešte dlhá cesta.

Reakčné fotosyntetické centrá nesú na oboch koncoch slabý pozitívny náboj. Pokiaľ by sa podarilo mikroskopickým vláknam udeliť slabý negatívny náboj, mohlo by ich vzájomné priťahovanie byť cestou k ich spájaniu, a teda aj ku konštrukcii logických obvodov. Bielkoviny fotosyntetických reakčných centier však na vzduchu strácajú svoje vlastnosti. Budúci biologický procesor by teda musel byť starostlivo uzavretý v atmosfére bez kyslíka.

Komplikácie však vyvažuje novoobjavená vlastnosť fotosyntetických centier: pri ožiarení červeným laserom sa reakčné centrá správajú ako slnečné články, čo znamená, že by mohli okrem úlohy polovodičových súčiastok prevziať aj napájanie budúceho biologického počítača energií.

(mb)