Юный техник, 2011 № 05

И в данном случае секрет изобретения заключается в том, что фактически это зеркало — метаматериал. Точнее, само зеркало состоит из двух слоев подложки (сначала алюминий, сверху — диоксид кремния) и рабочего слоя, выполненного из алюминия, но не сплошного, а в виде упорядоченной структуры из волнистых нанопроводов, образующих рисунок типа «рыбья чешуя». Причем размер «чешуек» — меньше длины волны падающего света, так что на поверхности даже малого зеркала таких элементов поместился целый миллион. «Чешуйки» как раз и отвечают за отражение электромагнитной волны столь неправильным образом.

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ! Математические способности… микробов

Согласитесь, трудно заподозрить бактерии в умении считать. Однако, как показали недавние исследования зарубежных ученых, несмотря на это, их можно использовать для создания компьютеров, которые ждет большое будущее. Во всяком случае, в том уверен журнал Nature Biotechnology.

Спасибо бактериям

Биологи и математики Университета Западного Миссури совместно со своими коллегами из Колледжа Дэвидсона (Северная Каролина) несколько лет изучают возможность построения биологического компьютера, пишет журнал. Для этого они провели детальный анализ ДНК бактерий Escherichia coli и на их основе смогли построить бактериальную вычислительную систему, способную разрешить несколько фундаментальных проблем математики.

Одной из них является так называемая проблема Гамильтонова пути, названная так в честь ирландского ученого Уильяма Гамильтона, жившего в XIX веке (1805–1865). Этот путь представляет собой ломаную линию, которая вписана в сложную трехмерную фигуру таким образом, что проходит через каждую ее вершину только один раз.

Сам Гамильтон сумел решить эту задачку на примере додекаэдра — правильного 12-гранника. Однако при переходе к фигурам с большим количеством вершин сложность задачи быстро растет.

Микробы, оказывается, способны решать проблемы Гамильтонова пути не только на примере додекаэдра (справа).

Обычные компьютеры тоже начинают буксовать, когда количество вершин переваливает за несколько десятков. Между тем решение этой задачи для возможно большого числа вершин и граней имеет огромное значение не только для теоретической науки, но и для практического применения. Например, при построении компьютерных сетей, в которых сигнал должен с минимальными потерями пройти от начала до конца, побывав в каждом ключевом узле не более одного раза. Задача кажется простой и даже тривиальной для точек, расположенных на прямой, но по мере усложнения структуры превращается в головоломку.

Тогда из генетически модифицированных клеток бактерий студенты старших курсов Университета Западного Миссури создали произвольный многогранник, в котором требовалось провести беспрерывную линию между вершинами. Органический компьютер справился с этой задачей. Колония бактерий стала разрастаться, и через несколько дней, благодаря встроенным в клетки флуоресцирующим генам, правильно выбранный путь Гамильтона вскоре стал светиться желтым цветом. Руководитель научной группы Джордан Баумгарднер уверен, что это только начало.

«Наше исследование в первую очередь показывает, насколько сильна и могущественна синтетическая биология, — сказал он. — Мы нашли ей применение в математике, в то время как она может оказаться полезной и в медицине, экологии, энергетике…»

А доктор Тодд Эк даль из того же университета отметил еще одну сторону проводимых опытов. «Эксперименты с бактериями очень зрелищны и позволяют заинтересовать молодежь, привлечь ее к занятиям математикой и биологией», — сказал он.

В настоящее время ученые заняты усовершенствованием своего изобретения. Они уверены, что уже следующее поколение бактериальных компьютеров будет действовать быстрее, обзаведется большими вычислительными способностями и поможет решить еще множество других математических задач, которые не поддаются обычному вычислительному анализу.

Особый упор авторы исследования делают на применение бактерий в криптографических системах. Если микроорганизмы смогут считывать разные нелинейные алгоритмы, полагают они, то их можно будет использовать для кодирования и декодирования информации, создания уникальных ключей для шифрования.

Биокомпьютеры в медицине

Еще одно применение микроскопическим биокомпьютерам из ДНК, РНК и белков человека нашли исследователи Гарвардского и Принстонского университетов. Они сделали свой шаг к созданию биологических компьютеров, которые смогут контролировать состояние и деятельность даже отдельной клетки организма.