Vědci vymýšlejí zelené počítače

Konstruktéři chtějí mít stále výkonnější počítačové procesory se stále menšími rozměry. Přitom začínají narážet na technické limity. Vědci však nacházejí řešení ve zdánlivě vzdáleném světě rostlin. Cestou do své laboratoře nakupuje profesor Elias Greenbaum špenát. Vybírá ten nejčerstvější přímo z náklaďáku. Se zeleným pokladem spěchá k laboratorním stolům. Nemá v úmyslu zdravě posvačit, ale izolovat z listů shluky bílkovin neobyčejných vlastností a z nich... zkonstruovat počítač.

Rostlinné diody

V americké Národní laboratoři v Oak Ridge v Tennessee, kde Greenbaum působí, laboranti špenát nejdříve rozmixují s ledem. Pak jej filtrují a odstřeďují tak, aby oddělili chloroplasty - mikroskopické zelené částice uvnitř buněk. Právě v chloroplastech probíhá fotosyntéza - proces, při němž zelené rostliny využívají energii slunečního záření. Když sluneční světlo dopadne na list, je pohlceno systémem zelených barviv označovaných jako chlorofyly. Ty předávají energii do uspořádaných skupin bílkovin - reakčních center, která umožňují její využití. Když je energie světla pohlcena, dojde k přenosu elektronu z chlorofylu na sousední molekulu bílkoviny. Elektron dále uskuteční několik skoků mezi dalšími bílkovinami, až nakonec celý organizovaný shluk opustí. Celý přenos elektronu trvá jen několik miliardtin vteřiny. Když Greenbaum studoval pomocí speciálního mikroskopu elektrické vlastnosti fotosyntetických center,zaujalo ho, že mechanismus přeskoku elektronu je jednosměrný, zabraňuje elektronu skočit zpátky. T o m u připomnělo semestry fyziky a polovodičovou diodu - základní stavební jednotku logických obvodů, a tedy i počítačových procesorů.

Špenát uvnitř

Fotosyntetické bílkovinné shluky se chovají jako polovodičové diody o průměru pouhých 6-7 miliontin milimetru. Jsou tedy dvacetkrát menší než současné křemíkové diody používané v srdcích počítačů. Každý list špenátu obsahuje stovky milionů takových biologických diod, což je zhruba tolik, kolik mají dnešní výkonné počítačové procesory. Špenát si výzkumníci zvolili pro křehkost listů, která usnadňuje izolaci chloroplastů, v principu však lze použít libovolnou zelenou rostlinu. Základní součástka ke stavbě biologických obvodů zelených počítačů je tedy na světě, ale k prvnímu takovému procesoru vede ještě dlouhá cesta. Nejprve je nutné najít způsob jak spojit diody v logické obvody. "Nikdo dnes neví, jak to správně udělat," řekl Greenbaum časopisu New Scientist. "My chceme použít mikroskopická uhlíková a organická vlákna, která by přenášela náboj mezi reakčními centry." Reakční fotosyntetická centra nesou na obou koncích slabý pozitivní náboj. Pokud by se podařilo mikroskopickým vláknům udělit slabý negativní náboj, mohlo by jejich vzájemné přitahování být cestou k jejich spojování, a tedy i ke konstrukci logických obvodů. Bílkoviny fotosyntetických reakčních center však na vzduchu ztrácejí své vlastnosti. Budoucí biologický procesor by tedy musel být pečlivě uzavřen v atmosféře bez kyslíku. Komplikace však vyvažuje nově objevená vlastnost fotosyntetických center, kterou Greenbaum nedávno popsal v odborném časopise The Journal of Physical Chemistry. Při ozáření červeným laserem se reakční centra chovají jako sluneční články, což znamená, že by mohla kromě úlohy polovodičových součástek převzít také napájení budoucího biologického počítače energií. Pokud se zelené rostliny stanou zdrojem součástek pro výkonné počítače budoucnosti, přemění se pravděpodobně centrum klasických polovodičových technologií - kalifornské Silicon Valley - v zelené zahradnictví. Také nálepky na počítačích ponesou místo nápisu "intel inside" (uvnitř procesor Intel) označení "spinach inside" (uvnitř špenát).