Semantyka i komputery biologiczne – przykładowe zastosowanie

- autor: tsissput

Jedną z ostatnich innowacji w technologiach internetowych są sieci semantyczne. Dzięki nim internet, w którym strony WWW powiązane są przy pomocy linków (łączy hipertekstowych), może ewoluować w medium znacznie bardziej wyrafinowane. Wraz ze wzrostem popularności Internetu i zwiększającą się liczbą osób, które mają do niego dostęp, wzrosła ilość informacji zawartych na stronach WWW. Każdy w bardzo prosty sposób może opublikować i zaprezentować jakiekolwiek treści. Natłok informacji powoduje, że znalezienie tego, co tak naprawdę nas interesuje, nierzadko jest trudnym zadaniem i wymaga od nas czasochłonnej filtracji. Wyszukiwarka internetowa nie odróżnia znaczenia słowa i po wpisaniu przez użytkownika, np. angielskiego słowa „coach” nie wie, czy chodzi o autokar, kanapę czy też o trenera. Komputer nie potrafi sam powiązać słów, dlatego z pomocą przychodzi tutaj semantyka. Dzięki niej maszyny same mogą przetwarzać informacje i wiązać fakty. Wyobraźmy sobie sytuację, w której chcemy upiec ciasto. Musimy wymyślić rodzaj, ew. sprawdzić przepis i poszukać składników. Dzięki sieciom semantycznym wszystko mogłoby być znacznie ułatwione. Zlecając to zadanie naszemu osobistemu agentowi, to właśnie on mógłby wykonać za nas większość pracy (złożyć nam różne propozycje, poszukać składników, a nawet zamówić je do domu). Może nawet znałby nasze preferencje, bo zdarzyło nam się napisać kiedyś na stronie internetowej, że bardzo lubimy konkretne ciasto. Taki agent sam nawigowałby po stronach i dzięki semantyce „rozumiał” znalezione informacje, co umożliwiłoby wykonywanie skomplikowanych działań. To tylko przykład potencjalnego zastosowania sieci semantycznych, dzięki którym możemy otrzymać wiele więcej niż tylko pomoc w czasochłonnych i skomplikowanych zadaniach, ale także w o wiele bardziej kluczowych dla nas kwestiach, takich jak ratowanie ludzkiego życia. Myślę, że to właśnie w medycynie sieci semantyczne znajdą najciekawsze zastosowanie.

W ostatnich latach obserwujemy ciągły postęp miniaturyzacji. Gdzieś jednak znajduje się granica miniaturyzacji elektroniki. Proces ten wkrótce nie będzie opłacalny lub wręcz stanie się niemożliwy. Niemal pół wieku temu Gordon Moore przewidział tempo miniaturyzacji i stwierdził, że zagęszczenie tranzystorów w układach elektronicznych będzie się podwajać co roku. Prawo sprawdza się cały czas, ale prawdopodobnie bariera nadejdzie już w roku 2015. Może wyjściem będzie zastąpienie krzemu węglem, ale i tak dalsze zmniejszanie tranzystora będzie już po prostu niemożliwe logicznie, dlatego coraz częściej słyszymy hasło „komputer biologiczny”, które wcale nie jest z dziedziny science fiction. Biologiczne komputery wykonane z DNA i innych molekuł istnieją w specjalistycznych laboratoriach.

Badacze z izraelskiego Instytutu Weizmanna stworzyli już kilka lat temu przyjazny użytkownikowi komputer biologiczny, który potrafi wykonać nawet bardzo skomplikowane obliczenia. Już 10 lat temu powstało pierwsze autonomicznie programowalne urządzenie wykorzystujące DNA. Niewielka molekuła, biliony razy mniejsza od kropli wody, była w stanie wykonać proste operacje, m. in. porównywała listę zer i jedynek i mogła stwierdzić czy ich liczba była sobie równa. Już 3 lata później ulepszona wersja komputera, nie tylko dokonywała trywialnych obliczeń, ale wykryła w próbce komórki rakowe i uwolniła molekuły, które je zniszczyły. Myślę, że łącząc postęp miniaturyzacji i rozwój sieci semantycznych takie biokomputery w przyszłości mogą zostać wstrzyknięte do ciała pacjenta, gdzie będą wykrywały i leczyły bądź zwalczały choroby. Właśnie nad tym obecnie pracują badacze z izraelskiego instytutu. Profesor Sharpio wraz z innymi pracownikami laboratorium skonstruowali biokomputer zdolny do „myślenia”. Potrafi on dedukować na zasadzie zaproponowanej przez Arystotelesa, wykorzystując operatory „jeśli”, „to”. Innymi słowy, gdy biokomputer otrzyma zbiór zasad, np. „Wszyscy ludzie są śmiertelni”, „Sokrates jest człowiekiem” to prawidłowo odpowie na pytanie „Czy Sokrates jest śmiertelny”. Czy to nie przypomina zasad znanych z sieci semantycznych? Biologicznemu komputerowi wgrano całą serię takich reguł i zadawano skomplikowane pytania. Z pewnością zdziwienie naukowców musiało być ogromne po tym, jak wszystkie udzielone odpowiedzi okazały się być prawidłowe. Jako ciekawostkę można dodać jeszcze, że zespół badaczy opracował kompilator, który „tłumaczy” dane pomiędzy wysokimi językami programowania, a kodem używanym do programowania DNA. Biokomputer został zbudowany z licznych nici DNA, które reprezentowały poszczególne zasady, dane i zapytania. Część z nici wyposażono w rodzaj lampy błyskowej emitującej zielone światło i to właśnie w odpowiednich błyskach światła zakodowane były odpowiedzi. Całą bazę danych dla biokomputera umieszczono w kroplach wody. Naukowcy mają również nadzieję, że jeśli wykorzystają do budowy takiego komputera neurony, które potrafią same tworzyć między sobą połączenia, to osiągną stan, w którym komputer poradzi sobie nawet z niekompletnymi danymi. Sam dopasuje resztę danych, a następnie korzystając już z pełnego pakietu informacji znajdzie odpowiedź.

Metodę kuracji, która może brzmieć jak science fiction opracowuje również dr David Scheinberg z Memorial Sloan-Kettering Cancer Center w Nowym Jorku. Do wykonania złożonych operacji planuje wykorzystać roboty (nie zwykłe, lecz mierzone w miliardowych częściach metra). Nanoroboty – bo tak się określa te urządzenia – to nadzieja medycyny. Metoda polega na wprowadzeniu do organizmu urządzenia nazywanego nanogeneratorem. Jego ważną częścią jest tak zwane przeciwciało, które potrafi bezbłędnie rozpoznać komórki zaatakowane przez nowotwór. Jednak to nie koniec – nanorobot jest również uzbrojony i wyposażony w broń, czyli dużą cząstkę w środku której umieszczony został atom środka promieniotwórczego. Po natknięciu się na komórkę nowotworową, nanogenerator dokonuje inwazji. Przenika do środka, zdiagnozowanej jako chora, komórki skutecznie ją niszcząc. Pierwsze eksperymenty, przeprowadzone na sztucznie wyhodowanych tkankach, wypadły bardzo pozytywnie. Wykorzystanie nanotechnologii jest znacznie korzystniejsze od tradycyjnych metod leczenia. Metoda nie działa na chybił trafił i dociera tylko do konkretnych komórek. Wielką zaletą jest również zmniejszona dawka promieniowania, jakiej poddawany jest pacjent (mówi się nawet o skali rzędu miliona razy). Skuteczność takiego podejścia może być naprawdę imponująca, jednak bez reguł, według których ma działać taki nanorobot, nie może być mowy o powodzeniu.

Pionierskie sukcesy w budowaniu w mikroskali odnotowała firma IBM. Już w roku 1990 wykonali graficzne logo firmy, w którym pojedyncze linie były grubości jednego atomu. Możliwość operowania strukturą materii na poziomie atomowym daje nadzieję na wielkie przemiany i otwiera przed nami praktycznie nieograniczone możliwości. Wyobraźmy sobie komputer, w którym za to, czy pojedyncza komórka pamięci jest w stanie 1 czy 0, odpowiada umiejscowienie pojedynczego atomu. Układy o niewyobrażalnej mocy obliczeniowej i ilości pamięci mogłyby się mieścić w łebku od szpilki.

Myślę, że łącząc możliwości miniaturyzacji i zdolność urządzeń do „myślenia”, którą już możemy zauważyć dzięki zastosowaniu sieci semantycznych chociażby w inteligentnych wyszukiwarkach internetowych (np. hakia) czy aplikacjach internetowych potrafiących prowadzić rozmowę z człowiekiem (np. Cleverbot) , możemy spodziewać się w najbliższym czasie wielu zupełnie zaskakujących odkryć i to nie tylko w dziedzinie medycyny.

Krzysztof Klimek (84820)

Źródła:

  1. http://kopalniawiedzy.pl/DNA-komputer-komputer-biologiczny-8163.html
Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: