БИОТРОНИКАТА

[BG-Science]

БИОТРОНИКАТА

Електрониката непрекъснато ще се миниатюризира, това е тенденция, която няма да се промени и през следващия век, но природните закони поставят естествени граници пред възможностите на полупроводниковата технология. Поради тази причина в случаите, когато е необходима максималната възможна миниатюризация или съвместимост с органични структури, ще се премине от полупроводникови кристали към големи органични молекули. Така микроелектрониката ще прерасне в биотроника.

Преди всичко обаче трябва да си изясним добре защо полупроводниковата електроника има сравнително ограничени възможности по отношение на пределната миниатюризация. За да получим отговор на този интересен въпрос, е необходимо да погледнем нещата от физична гледна точка.

Преди всичко трудностите са свързани с технологията за нанасяне на схемите върху подложките. Възможностите на електронната литография за изготвяне на интегрални схеми върху силициеви подложки има разделителна способност от порядъка на няколко десетки ангстрьома. В крайна сметка специалистите са на мнение, че преминаването на ангстрьомовата граница е в зоната на фантастиката.

Някой би могъл да каже, че с електронен микроскоп можем да видим дори и атомите, но едно е да изследваш атомите, а съвсем друго — да произвеждаш огромни серии от интегрални схеми с хиляди и милиони елементи върху тях. В случая е необходимо кратко време за експониране и следователно много високи стойности на тока в електронния лъч — за разлика от електронните микроскопи. Освен това сферичната аберация «размазва» електронния лъч и променя диаметъра на образуваното петно. И накрая, преминавайки през цепнатините на маската, електроните се разсейват в подложката, Да не говорим за хроматичната аберация и други допълнителни усложнения. Разбира се, може да се премине към електромагнитни вълни, например рентгенови лъчи, но в случая мйниатюризацията се ограничава от излъчването на вторични електрони (избивани от падащите върху подложката рентгенови лъчи), което води до допълнително размиване на образа.

Миниатюризацията на полупроводниковата електроника се ограничава и от един друг важен параметър— напреженията не могат да се намаляват пропорционално на размерите на елементите, защото те трябва да останат достатъчно високи, за да осигурят надеждна работа на схемата. Специалистите смятат, че критичната стойност на полето е няколко десетки хиляди волта на сантиметър, което означава минимален размер на транзистора в рамките на четвърт микрометър. А както вече казахме, през следващия век масово ще има случаи, при които ще е необходима още «по миниатюрна миниатюризация». Именно тук ще се намеси биотрониката, която ще представлява синтез между биологията и електрониката.

Какви са нейните предимства? Преди всичко размерите — изследваните биологични структури показват, че могат да се създадат органични полупроводници с размерите на самостоятелни молекули. Но това не е всичко — при полупроводниковата технология в повечето случаи «действието» се развива в равнината на подложката, отделните структури се изграждат в двумерно пространство. Докато органичната материя позволява да се реши проблемът за пространственото подреждане на елементите — нещо, което е много сложно в традиционната микроелектроника. И накрая изчезва затруднението, което се предизвиква от захранванията и отделяната топлина — за превключване на органичните елементи са необходими нищожни количества енергия, които са от порядъка на мощностите, които управляват биологичните процеси в живите организми.

Особено внимание се отделя на белтъчините. Причините за това са понятни — идеята е един ден с помощта на генното инженерство необходимите органични структури сами да се възпроизвеждат. Освен това смята се, че такъв тип биоустройства ще могат да се имплантират в живите организми и поради тази причина те трябва да са съвместими с тях. И като се спомена за генното инженерство, трябва да се каже, че има и още по-фантастични планове за следващия век.

Става дума за конструирането на' набор от гени, които ще могат да се имплантират в клетката и за сметка на евтини суровини и минимални енергийни разходи ще може да се получи биологичен компютър с гигантски възможности. Говори се за изчислителни устройства, които биха могли да имат обем на паметта 10 милиона пъти по-голям от този на съвременните мощни ЕИМ. Смята се, че дори и структурата на биологичния компютър ще може да се изменя, като се подават в клетката други хранителни вещества за получаването на нови органични структури.

Пътят, по който ще се развива биотрониката, води към един интересен кръстопът. Първият е свързан с традиционните из- числителни структури, изградени от транзистори, диоди, резистори, кондензатори и други. Засега са известни вече органични вещества, които при подаване на електрически сигнали с определен поляритет променят състоянието си — тоест могат да играят ролята на памети. Има данни и за органични материали, които изправят електрическия ток. За другите компоненти обаче (най-вече активните елементи) биологични еквиваленти все още не са намерени и това наистина ще бъде проблем на XXI век.

Другият път, по който може да тръгне биотрониката, е този на подражанието на живата природа. Мозъкът едва ли е изграден от споменатите вече активни и пасивни елементи, а е способен на много неща, на които съвременните и бъдещите полупроводникови компютри не са способни. Така че опознаването на природните конструкции и прилагането на биониката може да изведе биотрониката към нови хоризонти, които не могат да бъдат видени от низината на нашето време. Във всеки случай този път не е по-малко перспективен от първия.

Изброяването на областите на приложение на биологичните супермикрокомпютри е невъзможно. Те могат да се присъединяват към нервната система на човек, могат да се използуват за протезиране на сетивата, да съхраняват огромни количества информация, която ще можем да използуваме в подходящ момент, въведени в кръвоносната система, те ще могат да контролират химичните процеси в организма, и прочие.