TÌM HIỂU VỀ MÁY TÍNH SINH HỌC
- Thứ sáu - 21/03/2025 06:04
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Máy tính là nền tảng của cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0, một cuộc cách mạng số hóa toàn diện, thay đổi cách sản xuất và quản lý kinh tế. Ngày nay trí tuệ nhân tạo (AI) lại trở nên nóng bỏng hơn bao giờ hết trong toàn xã hôi thì máy tính – một trợ thủ đăc lực cho AI cũng có những bước tiến đột phá
Máy tính là nền tảng của cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0, một cuộc cách mạng số hóa toàn diện, thay đổi cách sản xuất và quản lý kinh tế. Ngày nay trí tuệ nhân tạo (AI) lại trở nên nóng bỏng hơn bao giờ hết trong toàn xã hôi thì máy tính – một trợ thủ đăc lực cho AI cũng có những bước tiến đột phá. Máy tính sinh học đang nổi lên như một hướng đi sáng tạo, táo bạo và cách mạng hứa hẹn sẽ thay đổi cách con người xử lý thông tin. Không giống như các máy tính truyền thống sử dụng vi mạch silicon, máy tính sinh học giờ đây tận dụng tế bào sống để thực hiện các phép tính. Chính vì vậy máy tính sinh học có thể cung cấp một phương pháp tính toán mới, mạnh mẽ hơn cho AI; giúp AI học tập nhanh hơn và hiệu quả hơn so với các thuật toán truyền thống; giảm hạn chế của AI như: tiêu tốn nhiều năng lượng, khả năng học tập bị giới hạn. Bài viết này nhằm trình bầy một số thông tin về máy tính sinh học, trong đó có khái niệm về máy tính sinh học, lịch sử phát triển của máy tính sinh học, tương lai của máy tính sinh học cũng như môt số ứng dụng của máy tính sinh học.
1. Máy tính sinh học là gì?
Máy tính sinh học (Biological Computing) là loại máy tính sử dụng hệ thống sinh học để xử lý dữ liệu và thực hiện tính toán. Thay vì sử dụng các linh kiện điện tử, máy tính sinh học hoạt động dựa trên các phản ứng hóa sinh, đặc biệt là khả năng lưu trữ và xử lý thông tin của ADN(Axit Désoxyribo Nucléique).
Máy tính sinh hoc còn được hiểu:
Máy tính sinh học là máy tinh sử dụng các protein động cơ sinh học – các "cỗ máy" tự nhiên trong tế bào – để thực hiện các phép tính. Thay vì sử dụng bóng bán dẫn, máy tính sinh học dựa vào các phân tử sinh học như sợi biofilament, được điều khiển bởi protein. Những sợi này di chuyển trong các mê cung siêu nhỏ, giải quyết các bài toán phức tạp bằng cách tìm ra đường đi tối ưu.[2]
Cũng có thể hiểu máy tính sinh học là một lĩnh vực kết hợp giữa sinh học và khoa học máy tính nhằm sử dụng các thành phần sinh học (tế bào, ADN, protein, tế bào thần kinh) để thực hiện các phép tính.
2. Lịch Sử Phát Triển Máy Tính Sinh Học
Dưới đây là các cột mốc quan trọng trong sự phát triển của máy tính sinh học:
a/ Giai Đoạn đầu tiên (Trước 1990)
Giai đoạn 1940 - 1950: Nhà khoa học Alan Turing (Anh) đặt nền tảng lý thuyết cho các hệ thống tính toán, nhưng lúc này chỉ tập trung vào máy tính điện tử truyền thống.
Năm 1961: Nhà sinh học Leonard Adleman (người sau này tiên phong trong tính toán ADN ( Axit DésoxyriboNucléique) (Mỹ), ông là nhà khoa học máy tính, nhà mật mã học và nhà sinh học nổi tiếng về máy tính ADN nghiên cứu các cơ chế sinh học có thể dùng để tính toán.
b/ Giai đoạn Máy Tính ADN(1990 - 2000) . Các nhà khoa học đã phát triển máy tính ADN bằng cách sử dụng các phản ứng hóa học giữa các chuỗi ADN để giải quyết bài toán toán học.
Năm 1994: Leonard Adleman (Mỹ) lần đầu tiên chứng minh rằng ADN có thể được sử dụng để giải quyết bài toán toán học (Bài toán Hamiltonian Path - một dạng của bài toán đồ thị). Đây được coi là sự kiện khởi đầu của tính toán ADN.
Năm 1997: Ehud Shapiro (Israel) phát triển một máy tính phân tử có thể thực hiện tính toán bằng ADN.
Năm 2002: Shapiro và nhóm của ông tại Viện Weizmann (Israel) phát triển một máy tính ADN có thể chẩn đoán và điều trị ung thư bằng cách nhận diện các phân tử đặc trưng của bệnh.
c/. Giai đoạn Máy Tính Sinh Học Dựa Trên Tế Bào (2010 - 2021)
Năm 2012: Các nhà khoa học tại MIT (Massachusetts Institute of Technology) (Mỹ ) phát triển các mạch sinh học tổng hợp sử dụng vi khuẩn để xử lý thông tin.
Năm 2017: Nhóm nghiên cứu từ Đại học Harvard phát triển công nghệ "ADN Storage" giúp lưu trữ dữ liệu trên ADN với mật độ cực cao.
d/ Giai đoạn của CPU Sinh học và việc sử dụng Neuron Thần kinh Người (2020 - đến nay).
Năm 2022: Dự án "DishBrain" của Cortical Labs (Úc): Các nhà khoa học cấy ghép 800.000 tế bào thần kinh vào một hệ thống máy tính để giúp nó học cách chơi trò chơi điện tử Pong. Đây là một bước tiến quan trọng trong phát triển máy tính thần kinh sinh học
Vào ngày 2/3/2025 Cortical Labs, một công ty công nghệ sinh học của Úc, chính thức ra mắt CL1 tại Barcelona. CL1 được gọi là hệ thống máy tính sinh học đầu tiên trên thế giới. Hê thống này được gọi là Trí tuệ sinh học tổng hợp (Synthetic Biological Intelligence - SBI). CL1 không đơn thuần là một con chip AI thông thường mà là sự kết hợp giữa tế bào não người và phần cứng silicon, tạo nên một hệ thống mạng thần kinh linh hoạt và tiến hóa liên tục.
Với khả năng học tập nhanh chóng và thích ứng linh hoạt, CL1 được kỳ vọng sẽ thay đổi đột phá trong lĩnh vực khoa học và y học, vượt xa những giới hạn của các mô hình AI truyền thống hiện nay như ChatGPT, DeepSeek hay các chip AI silicon khác.
e/ Tương lai của Máy tính Sinh Học (những năm sau từ 2025)
Với sự phát triển máy tính thần kinh sinh học theo dư án"DishBrain" của Cortical Labs (Úc) có thể tăng cường khả năng xử lý dữ liệu của con người hoặc kết nối não người với máy tính theo cách tự nhiên hơn. Với sự kết hợp trí tuệ nhân tạo (AI) với máy tính thần kinh sinh học sẽ tạo ra các hệ thống AI có khả năng học tập và suy luận giống con người hơn.
3. Một số ứng dụng của máy tính sinh học
Máy tính sinh học mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm:
Y học và dược phẩm: Phát triển hệ thống chẩn đoán bệnh tự động và phát hiện virus, vi khuẩn trong cơ thể.
Ứng dụng vào công nghệ y học, giúp chữa trị các bệnh thần kinh như Parkinson, Alzheimer
Mật mã học: Giúp tạo ra các thuật toán mã hóa bảo mật cao, khó bị giải mã hơn so với các phương pháp truyền thống.
Tính toán khoa học: Giải quyết các bài toán có độ phức tạp cao, đặc biệt trong mô phỏng sinh học và nghiên cứu trí tuệ nhân tạo.
4. Kết luận
Máy tính sinh học là một lĩnh vực nghiên cứu đầy triển vọng, mang lại cơ hội đột phá trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt hỗ trợ cho sự phát triển của AI. Dù có nhiều tiềm năng, máy tính sinh học vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Các thách thức lớn bao gồm việc kiểm soát chính xác các phản ứng sinh học, tốc độ xử lý còn chậm so với máy tính truyền thống, cũng như khả năng mở rộng quy mô ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ sinh học và trí tuệ nhân tạo, máy tính sinh học có thể trở thành một công cụ quan trọng trong tương lai. Tiềm năng của nó trong việc xử lý thông tin một cách nhanh chóng, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường khiến công nghệ này trở thành một hướng đi đáng chú ý trong tương lai và giúp cho AI cải thiện đươc những mặt hạn chế của nó. Một công nghệ có thể coi như cách mạng hóa cách con người cũng như AI tiếp cận với việc tính toán và xử lý dữ liệu./.
TS. Đăng văn Hưng
Tài liệu tham khảo:
1/ Cận cảnh máy tính sinh học chạy bằng tế bào não người sống.
https://dantri.com.vn/khoa-hoc/can-canh-may-tinh-sinh-hoc-chay-bang-te-bao-nao-nguoi-song-20250305052758503.htm
2/ Máy tính sinh học: Tương lai của máy tính với mức tiêu thụ năng lượng siêu thấp
https://vtv.vn/cong-nghe/may-tinh-sinh-hoc-tuong-lai-cua-may-tinh-voi-muc-tieu-thu-nang-luong-sieu-thap-20250117045901062.htm.
3/ Các nhà khoa học tạo ra một máy tính sinh học lai có thể trở thành nền tảng để nghiên cứu các mô hình não bộ!
https://genk.vn/cac-nha-khoa-hoc-tao-ra-mot-may-tinh-sinh-hoc-lai-co-the-tro-thanh-nen-tang-de-nghien-cuu-cac-mo-hinh-nao-bo-20240203102812899.chn