تولید نخستین چیپ رایانه‌‌‌ای با منبع انرژی زیستی

به گفته‌‌‌ی رهبر این پژوهش پروفسور کن شپارد این نخستین تلاش موفقیت آمیز برای در اختیار گرفتن انرژی حاصل از یک فرایند زیستی برای راه‌اندازی یک مدار مجتمع است که به صورت معمول در تلفن‌‌‌ها و رایانه‌‌‌ها به کار گرفته می‌‌‌شود.

این پژوهشگران سامانه‌‌‌ای را راه‌اندازی کرده‌اند که در آن از غشای دولایه‌‌‌ای از جنس لیپید که دارای پمپ‌‌‌های یونی است استفاده می‌‌‌شود که خود به وسیله‌‌‌ی مولکول معروف دنیای زیست‌شناسی آدنوزین تری فسفات که به نوعی واحد انرژی در این دنیا محسوب می‌‌‌شود انرژی می‌‌‌گیرد. در حقیقت این مولکول یک کمک آنزیم است که انرژی شیمیایی را بین سلول‌‌‌های زنده منتقل می‌‌‌کند و محصول نهایی فرایندهایی همچون فتوسنتز یا تنفس سلولی محسوب می‌‌‌شود. این مولکول انرژی لازم برای عملیات سامانه‌‌‌های حیاتی همچون تقسیم سلولی یا انقباض عضلانی را فراهم می‌‌‌کند.

دانشمندان این غشای لیپیدی را به یک مدار مجتمع نیمه رسانای اکسید فلزی حالت جامد متصل کردند و پمپ‌‌‌های یونی نیز انرژی این مدار را تامین می‌‌‌کردند. در حقیقت این پمپ‌‌‌های یونی بسیار مشابه ترانزیستورها عمل می‌‌‌کردند. همچنین پمپ‌‌‌هایی که در این پژوهش از آن استفاده شد بسیار شبیه به پمپ‌‌‌های کارکردی در اعصاب برای حفظ پتانسیل استراحت بودند. در حقیقت در تک تک اعصابی که شما را در حال حاضر قادر به خواندن، فهم و به خاطر سپاری این مطلب می‌‌‌سازد پتانسیلی مشابه پتانسیل به کار رفته در این مدار مجتمع وجود دارد و می‌‌‌توان از آن‌‌‌ها نیز برای این کار بهره برد!

روشی که در این پژوهش پیگیری شده است برخلاف بسیاری از روش‌‌‌های پیشین که از یک واحد زیستی مستقل بهره می‌‌‌بردند از بخش زیستی مصنوعی برای این کار بهره برده است. به عبارت دیگر در این روش نیازی به به کارگیری کل سلول برای تامین انرژِی چیپ پردازشی وجود ندارد و تنها از اجزای ضروری سلول برای تامین انرژی بهره‌گیری می‌‌‌شود. برای این پروژه همچنین از آنزیم ATPase برای به دست آوردن حداکثر انرژی از ATP استفاده شد.

این دستاورد هیجان‌انگیز در حوزه‌‌‌ی الکترونیک اگرچه تنها آغاز راه است اما می‌‌‌توان به کاربردهای بالقوه‌‌‌ی آینده‌‌‌ی آن امیدوار بود. با نزدیک شدن فناوری نیمه رساناها به حد نهایی خود در مقیاس کنونی، ورود چنین فناوری‌‌‌هایی به ویژه در صورت کاهش ابعاد می‌‌‌تواند زمینه‌ی ظهور بسیاری از فناوری‌‌‌های دیگر را برای گسترش کاربردهای آن فراهم آورد. در کنار هم قرار گرفتن دو حوزه‌‌‌ی زیست‌شناسی و الکترونیک حالت جامد می‌‌‌تواند ضمن برطرف کردن نقایص موجود در هر دو حوزه، موجب هم‌افزایی و ایجاد مزیت‌‌‌های ویژه در ساخت دستگاه‌‌‌های جدید فراهم آورد. با ترکیب این دو حوزه‌‌‌ی علمی تنها محدودیتی که در ساخت ابزارهای الکترونیک-زیستی جدید وجود خواهد داشت خلاقیت شما خواهد بود؛ برای نمونه کافی است تصور کنید تلفن هوشمندتان به جای استفاده از باتری، از همان غذایی مصرف کند که شما می‌‌‌خورید!

نتایج و جزییات این پژوهش در نشریه‌‌‌ی علمی Nature Communications به چاپ رسیده است.