Биоэлектрондық технологиялар туралы қазақша

Көрнекті қабілетін биомолекул сақтау және ақпаратты өңдеу жуық онжылдықта назарын ғалымдар тырысатын-тамырын неғұрлым лайықты ауыстыруға компьютерлік микросхемам кремний негізінде. Өйткені, ДНК, атақты молекуласы түрінде қос спираль, қатысады ядроларындағы барлық тірі жасушалар мен қабілетті иемденеді көлемі бір текше сантиметр, ақпарат болмауы көп триллион компакт-дискілер.

Бірте-бірте жылжи отырып құру жолында бағдарламаланатын компьютер негізінде молекулалардың ДНК-ғалымдар, зерттеушілер жақындатады дәуірінде, қашан тірі «есептеуіш машиналар» алады умещаться бір яшы та адам организмінің. Мұндай «биологиялық нанокомпьютер» соншалықты аз, бұл триллион мұндай компьютерлерді жұмыс істеуі мүмкін, бір мезгілде бірден-бір тамшыдан су. Теориялық есептеулер береді деп болжауға негіз деп аталатын ДНК-компьютерлер, сайып келгенде, қабілетті ұрып кремний фишкалар шешуде массивті-параллель қажет ететін мәселелердің бір мезгілде орындау көптеген ұқсас операциялар. Бірақ одан да алдамшы болашағы биологиялық нанокомпьютеры сулят арнайы қосымшаларда сияқты медицина және фармакология.

1. Биокомпьютерные технологиялар: синтез алдын ала берілген және жаңа биовеществ әдістерімен нанотехнология. нанокомпьютеры арналған биоматериалах
1.1 Биокомпьютер Эдлмана
ДНК-компьютерлер құрылады, соңғы жылдары көптеген ғылыми-зерттеу орталықтарында тырысатын біріктіруге әлеуеті биология және ақпараттық технологиялар. Мықты серпін осы жұмыстарға берді эксперименттер американдық зерттеуші Леонард Эдлмана (Leonard Adleman), профессор, Оңтүстік Калифорния университетінің ең алдымен, авторы ретінде белгілі атақты криптосхемы RSA алгоритмі Райвеста-Шамир-Эдлмана). 1994 жылы Эдлман, переключившийся байланысты криптография арналған биомолекулярные кодтары көрсетті көмегімен бірден-бір пробиркалар ДНК болады өте әсерлі шешуге классикалық комбинаторную «міндет туралы коммивояжере», т. е. отыскивать қысқа маршрут граф төбелерін айналып өту. Кезінде классикалық компьютерлік архитектурах бұл міндет талап етеді массивті-параллельді есептеулер опробованием әр нұсқаны, ал ДНҚ-әдісі мүмкіндік береді бірден сгенерировать барлық ықтимал нұсқалары шешімдердің көмегімен белгілі биохимиялық реакциялардың жылдам сүзуге дәл сол молекула бар-жіп, закодирован қажетті жауап.

Болды, алайда, эксперимент көрсетуде Эдлмана және елеулі мәселелер аса айқын проявившиеся әрекеті кезінде дамытып, алынған нәтиже. Біріншіден, ұйымдастыру үшін биомолекулярных есептеулер талап етіледі өте қиын реакциялардың сериясы, әрбір оның бақылауымен жүргізу қажет ғалымдар. Бірақ көп қиындықтар тудырады проблема масштабтау міндеттері. ДНК-компьютер Эдлмана оңтайлы маршрутты айналып отыскивался барлығы үшін 7 баған шыңы. Бірақ көп елді-мекендерді керек объехать коммивояжеру көп биологиялық компьютерге қажет ДНК-материалды. Бұл көлемі кезінде қазіргі технологиялар есептеулер өте жылдам айналып, мүлдем неподъемными. Алайда есептеуінше, егер бастау масштабтау әдістемесін Эдлмана шешу үшін міндеттері айналып емес, 7-тармақтарының, сондай-200, онда салмағы ДНК үшін қажетті ұсынған барлық ықтимал шешімдерді асады салмағы біздің планетамыздың.

Дәл бұл жағдай, біріншіден, себеп болды бұған неге компаниясы IBM, мысалы, бірден предпочла назар аударуы басқа да идеяларға балама компьютерлер сияқты көміртекті нанотрубки және кванттық компьютерлер.

1.2 Түпкі биоавтомат Шапиро
Жаңа жұмыс израильдік ғалымдар Вейцмановского институтының сайлануы айтарлықтай өзгеше зерттеу бағыты. Бұл команда бастаған профессор Эхудом Шапиро (Ehud Shapiro) шешті құруға емес, мамандандырылған әдістемесін шешу үшін қатаң нақты міндеттері, технологиясы көп мақсаттық нанокомпьютера базасында белгілі қасиеттерінің биомолекул сияқты ДНК және энзимдер. Айтуынша, Шапиро құру, олардың ДНК-компьютер шабыттандырды айқын ұқсастығы арасындағы қағидаттары ақпаратты өңдеуге ДНҚ-мен жұмыс істеуін теориялық құрылғылары, белгілі математика «соңғы автомат» немесе Тьюринг машинасы.

Тьюринг машинасы өңдейді және сақтайды ақпарат реттілігі рәміздер, бұл мүлдем айқын түрде сәйкеседі «биологиялық автоматика» тірі жасушаларында. Ретінде бастапқы кезеңінің нано-биоавтомат әзірленген командасымен Шапиро, іске асырады жеке жағдайы Тьюринг машиналары: автомат, екі жай-күйі және двухсимвольным алфавиті. Көрсетілді, бұл негізінде жасанды синтезделген ДНҚ жіптерінің жасауға болады, автоматты түрде, адамның қатысуынсыз, ажыратады да түсетін оның кіру последовательностях таңбалар екі түрі («ноль» және «бірлік»), сондай-ақ есептейді және жұптық тізбектер.

Әзірленген Эхудом Шапиро және оның әріптестері биокомпьютер талап етеді жұмыс істеу үшін ғана жасау дұрыс молекулалық қоспалар. Содан кейін шамамен бір сағат бұл қоспа өз бетімен тудырады молекула бар ДНК, закодирован бар жеткізілген алдында есептеуішпен жасалады несложную міндет. Бұл биокомпьютере енгізу және шығару ақпарат, сондай-ақ рөлі «бағдарламалық қамтамасыз ету» өзіне ДНК молекулалары. Ретінде, сонымен қатар аппараттық қамтамасыз ету» ретінде екі ақуыз-энзима табиғи шығу тегі, манипулируют жіппен ДНК. Кезде бірлескен замешивании молекулалар бағдарламалық және аппараттық қамтамасыз ету үйлесімді әсер ететіні арналған молекулалар енгізу нәтижесінде құрылады демалыс молекулалар с ответом. Тұтас бір жүйе ретінде жұмыс істейді қарапайым ақырғы автомат.

Міндеттерді шешуге қабілетті бұл автомат байланысты берілетін кіру молекулалардың мен молекулалардың бағдарламалық қамтамасыз ету. Пайдалана отырып формальды тілін, қазір автомат қабілетті өңдеуге «өрнектер», т. е. жауаптарын табу қиын емес құрамына қатысты сұрақтар тізімін қамтитын екі түрі рәміздер сияқты «0» және «1» немесе «a» және «b». Мысалы, четно ли саны бірлік ретпен? Немесе қандай ретпен кем дегенде бір «b» белгісі? Жалпы алғанда биомолекулярный нанокомпьютер израильдік ғалымдар қазір запрограммировать на жерін анықтау үшін жауап 756 осындай.

1.3 Перспективалары био-нано
Бұл іске асырылған тобы Шапиро соңғы автомат — бұл әзірге жеткілікті узкоспециализированное құрылымы айтарлықтай уступающее өзінің мүмкіндіктері бойынша қазіргі заманғы жалпы мақсаттағы компьютер. Алайда, ойлайды ғалымдар жақын он жылдықта биомолекулярные құрылғылар мұндай типтегі әбден болады үйретуге орындау нетривиальных зертханалық қосымшалар, ал тағы бірнеше ондаған айналады мүмкін және медициналық қосымшалар. «Тірі клетка құрамында мүлдем немыслимые молекулалық машиналар, манипулируют кодирующими ақпаратты молекулалар типті ДНҚ және РНҚ. Бұл көмегімен тәсілдерін, фундаментальном деңгейде, өте ұқсас компьютерлік есептеулер», — дейді Шапиро. — Әзірге біз жай ғана білмеймін, қандай бейнелі тиімді түрлендіруге бұл машиналар немесе ұқсас құруды. Бүкіл трюк екенін табу бұл, әрине, қолданыстағы машиналар мен олардың жұмыс принциптері, бастау үшін, оларды үйлестіру және бейімдеуге қажетті бізге есептеулер».

Израильдік ғалымдар мүлдем алдарына құру міндетін қойды құрылғысы, конкурирующее тиімділігі дәстүрлі компьютерлер. Заставить ДНК ретінде жұмыс істеуге толыққанды микропроцессордың — бұл міндет әлі де өте далека рұқсат беру және көптеген ғалымдардың ойынша, бұл биомолекулярные есептеулер мүмкіндігінше толықтыратын алмастыру емес, компьютерлер негізінде кремнийлі чиптердің.

1.4 ДНК сақтайды үлкен массивтер ақпарат
Израильдік ғалымдар: компьютер, ол ұрып-қойылған барлық әлі күнге дейін рекордтар миниатюризации ЭЕМ. Қарапайым зертханалық пробиркаға сыймаған шамамен триллион мұндай машиналар. Нанокомпьютер деп аталады бұл аппарат — тұрады ұштастыру молекулалардың ДНК молекулаларының энзимдердің, заттар, «анализирующих» ДНК. Элементтері компьютердің жұмыс істейді сұйық күйінде — олар өлшенуі зат, белгі жиегінде бейне бойы сол ең пробиркаға, ол туралы әңгіме болды бірнеше жолдармен жоғары. Зерттеушілер деп есептейді келесі қадам құру құрылғылар қабілетті талдау тірі ДНК молекулалары. Ол көмектеседі іздеп патологиясы және әзірлеу жаңа дәрі-дәрмек. Алайда, бұл жоспарлар отдаленное. Әзірге нанокомпьютеры болады жеңілдету үшін тапсырманы талдау ДНК зертханалық жағдайларда. Ең алдымен, әңгіме талдамасы туралы геномного кодын тірі жаратылыстар. Бұл рәсімге қазір проделывают ең әртүрлі зертханалық объектілері — шыбын-дрозофил және кәдімгі қызанақ дейін адам организмдер. Тек ДНК болады мағынасы ашылмаған, ғалымдар біле алады көптеген жаңа оқиғаның себеп-салдарын қалай жұмыс істейді табиғи механизмдерді сақтау және деректерді беру.

Зерттеу ұжымының жетекшісі Израильден келген профессор Эхуд Шапиро, — дейді жаңа компьютер жұмыс істеуге қабілетті, толығымен автономды. Адам осы миниатюралық ЭЕМ мүлдем қажет емес. «Бұл, — дейді профессор Шапиро, — нанокомпьютер қабілетті өңдеуге ғана синтезированную ДНК. Бірақ көп ұзамай істі қонбайды дейін осы молекулалардың». Берген сұхбатында Би-би-си докторы Шапиро туралы әңгімелеп берді, дәл қалай жұмыс істейді нанокомпьютер. Оның барлық құрамдас бөліктері — ең алдымен, енгізу құрылғысы, шығару және өңдеу ақпарат ұсынады ДНК молекулалары. Ерекше үйлестіріп, осы молекулалардың салынды және бағдарламалық код жаңа машиналар. Израильдік ғалымдар считывают жұмыс нәтижелері нанокомпьютеров, пропуская сұйықтық, оның еруі молекулалардың ДНК арқылы ерекше гель, баяғы сол, ол пайдаланады талдау кезінде әдеттегі молекулалардың ДНК.

Израильтяне қиюымен емес, абстрактілі математикалық есептер. Олар тырысты салу компьютер, болар еді жұмыс істеуге қабілетті табиғи ақпаратпен зашифрована » молекулах ДНК. Мамандардың айтуынша, бұл қол жеткізу докторы Шапиро — үлкен қадам осы проблеманы шешуге. Жасау саласындағы зерттеулер ДНК-компьютерлер басталды, қашан ғалымдар байқаған поразительное ұқсастығы дегенмен, қалай жұмыс істейді ДНК және қалай болар еді орнатылуы идеалды есептеу машинасы — деп аталатын машина Тюринга. Профессор Шапиро дейді: «Машина Тюринга тиіс ақпаратты қабылдауға және сақтауға, оның түрінде тізбегін рәміздер. Сонымен қатар, өзін және тірі ДНК». Әзірге израильтяне құрды, тек бір нұсқасы машиналар Тюринга. Олардың нанокомпьютер жұмыс істейді, тек екі символдармен — сияқты және әдеттегі ЭЕМ операция жасайтын «ұғымдары логикалық нөл» және «логикалық бірлік». Соңғы міндет израильдік ғалымдардың тізімін кеңейту қол жетімді оларды машинада ұғымдар.

2. Конверсия күн энергиясының техникалық ыңғайлы түрлеріне энергиясы мен отынның биотехнологияның көмегімен
Егер қатаң жақындауға анықтау жаңартылатын энергия көздерін электр энергиясын, онда негізгі көзі бастапқы энергиясын Жер Күн болып табылады, өйткені және қозғалысы атмосфералық ауа (жел), және теңіз ағыс, толқындар қозғалысын, және еруі мұздықтарды, өндірісі биомасса бар табиғи түрлендіру күн энергиясын. Адамзат научилось пайдалана отырып, табиғи жолмен преобразованную энергиясын, күннің, өз мақсатында электр энергиясын алу үшін көмегімен қондырғылар, теңіз және толқындық электр станциялары, электр станцияларының инвестициялық форумы өтеді, және т. б.

Бірақ дәстүрлі түрде жаңартылатын электр энергетикасы күн энергиясын біз атаймыз алу электр немесе жылу күштік қондырғыларда, онда жылу отынның жану ауыстырылады ағынымен қойылтылған күн сәулесінің, не қондырғыларда тікелей түрлендіру күн сәулесінің көмегімен жартылай өткізгіш фотоэлектропреобразователей. Бұл ретте мамандар бекітеді, бұл жүйе тікелей түрлендіру Күн энергиясын электр ұсынылады неғұрлым перспективалы және қолжетімді барлық түрлері энергия.

Соңында 70-ші — 80-жылдарының басында әлемнің әр түрлі елдеріндегі салынды жеті пилоттық күн электр станцияларын (КЭС) деп аталатын мұнара типті қуатының деңгейі 0,5-тен 10 МВт. Ең ірі СЭС қуаты 10 МВт-қа (Solar One) салынып, Калифорния. Бұл СЭС салынды бір принципі: өрісіне орналастырылған жер деңгейіндегі айналар-гелиостатов, бақылау парағы, бейнелейді күн сәулелері қабылдау-ресивер белгіленген үсті жеткілікті жоғары мұнара. Ресивер білдіреді солнечный қазандық жүргізілетін су буы орта параметрлерінің жіберілетін содан кейін стандартты бу турбина.

Басқа да жобаларға пайдаланылады гибридтік күн және отын СЭС қуаты 30 МВт көлемді ресивер, онда қыздырылады атмосфералық ауаға жіберілетін содан кейін бу, онда су буы жұмыс циклінде Ренкина. «Жолындағы ауаның ресиверден — қазандық қарастырылады жанарғы жағу үшін табиғи газдың саны реттелетін болатындай бойы жарық күннен қолдап, белгіленген қуаты. Бұл ретте электр энергиясының құны өндірілетін СЭС ожидалась деңгейінде ЖЭС шектелген отын.

90-шы жылдары әлемде деген қызығушылық артты фотоэлектрическим қондырғылар (ҚЭБ) тікелей преобразующим күн радиациясы энергиясы. Рас, электр энергиясының құны, өндірілетін фотоэлектрическими қондырғылармен бүгінгі күні бірнеше есе артық СЭС бастап жылу цикл, бірақ ҚЭБ белсенді енгізілуде дамыған және дамушы елдерде белсенді қолдауымен халықаралық ұйымдардың, соның ішінде Әлемдік банктің негізінде ұсынған», «Күн»Бастамасы.

Қызығушылық ҚЭБ артып келеді өйткені өзгеру динамикасы, олардың техникалық-экономикалық көрсеткіштерін болжауға мүмкіндік береді, олардың бәсекеге қабілеттілігін салыстырғанда басқа да көздерімен электр энергиясын бірқатар облыстары үшін қолданылады.

Негізгі әлемдік өндірушілер фотоэлектрлік өнімді дайындайды күн элементтерін негізінен кристалдық (моно-, поли-) кремний, аморфты кремнийден, CdTe, CuZnSe және басқа да тонкопленочных құрылымдар. Шығару көлемінің ара қатынасы мынадай: кристалды кремний — 75%, аморфты кремний — 20%, басқалары — 5%.

Жаппай өндіру ҚЭҚ құрумен байланысты технологиялар мен материалдарды азайтуға мүмкіндік беретін құны белгіленген қуаты шамамен 2-3 есеге артты. Түбегейлі шектеу үшін, осындай құнын төмендету болып табылады жоғары бағасы кремний күн. Қазіргі уақытта таза кремний алу үшін пайдаланылады хлорсилановая өндіру технологиясы әзірленген шамамен 35 жыл бұрын бар көптеген жағымсыз сәттерді, оның ішінде жоғары энергия сыйымдылығы, төмен шығу кремний және экологиялық қауіп. Сондықтан жаңа технологиялар қамтамасыз ететін кремний алудың оның құнын түбірімен төмендетуді міндет нөмірі бір тізбесінде энергетикадағы баламалы технологиялардың.

Мұндай технологиялар құрыла бастады. Естеріңізге сала кетейік, ғылыми және технологиялық позициялары біздің елдің фотоэлектричества мемлекеттің белсенді қолдауымен қалған жетекші-ден 80-шы жылдардың. Өкінішке орай, 90-жылдардың басында бұл қолдау свелась болады және, ең алдымен, бұл шарпыды жердегі фотоэнергетики, яғни, сол саланың бар нарығы. Қарамастан, бұл Ресейде бар компания-өндірушілер фотоэлектрлік жүйелерді, нық сеніммен айтуға болады, бұл нарық фотоэнергетики Ресейде жоқ. Алайда, біздің фотоэлектрлік модульдер шетелде сұранысқа ие. Отандық өндірушілерге тіпті жарнама қажет емес. Кейбір олардың қуаты бірнеше жыл бұрын қотарылған тапсырыстармен шетелдік компаниялар.

Сонымен қатар толық саны күн энергиясының түсетін Жердің бетіне асып энергиясын барлық әлемдік мұнай қорларын, газ, көмір, уран және басқа да энергетикалық ресурстар, ал Ресейде бұл тіпті жақсы: күн энергиясы, түсетін аптада еліміздің аумағына асып энергиясын барлық ресейлік ресурстар, мұнай, көмір, газ және уран. Сондықтан, күн энергиясы бола алады энергетикалық негізі және бастапқы энергия көзі болашақ тұрақты даму үшін экономиканың кейбір аймақтардың. Айта кетейік неғұрлым қолайлы аудандар үшін күн энергиясын пайдалану Ресей — бұл Солтүстік Кавказ, Астрахань облысы, Калмыкия, Тува, Бурятия, Чита облысы, Қиыр Шығыс.

Бар екі негізгі әдісі құрылыстар СЭС (пайдаланатын термодинамическое түрлендіру күн энергиясын).

Бірі-күн энергиясын әдісімен термодинамикалық түрлендіру алуға болады электр іс жүзінде бірдей және басқа да көздерден энергия, алайда, күн сәулесі, падающее жерге ие бірқатар өзіне тән ерекшеліктері:

1. төмен тығыздығы энергия ағынының;

2. тәуліктік және маусымдық цикличностью

3. тәуелді ауа-райы.

Сондықтан термодинамическом қайта құру осы энергияны электр жөн ұмтылатын қолдану жылу режимдерін жоқ адамдар елеулі шектеулер жүйесінің жұмыс және туындамау үшін қиындықтарға байланысты оны пайдалану, т. е. мұндай жүйе болуы тиіс аккумулирующие құрылғылары болдырмау үшін кездейсоқ тербеліс режимдерін пайдалану немесе қамтамасыз ету үшін қажетті өзгерістер энергия өндіру.

Термодинамикалық түрлендіргіш күн энергиясын қамтуы тиіс келесі компоненттері:

1. басқару жүйесін құлау радиация,

2. қабылдау жүйесі, преобразующую энергия күн сәулесінің жылу берілетін жылу таратушы,

3. жүйесіне көшіру тасымалдағыш қабылдау — батареясының немесе бір немесе бірнеше теплообменникам, онда қызады жұмыс денесі,

4. жылу аккумуляторы,

5. жылу алмастырғыштар.

Екі тәсілді құру күн стансаларының бойынша жұмыс істейтін термодинамическому циклі.

1. пайдалану шағын (орталықтандырылған) станциялары үшін отда бөлінген аудандар.

2. құру ірі күн энергетикалық қондырғылардың қуаты ондаған мегаваттқа есептелген жұмысқа энергия.

2.1 Коллекторлар күн энергиясын
Негізгі конструктивті элементі-күн қондырғысы болып табылады, коллектор, онда жүреді ұстап қалуды күн энергиясының және оның айналу жылуын және қыздыру, ауаны, суды немесе басқа жылу.

Екі типке бөлінеді күн коллекторлардың:

1. жалпақ,

2. фокусирующий.

«Жазық коллекторлар күн энергиясы поглощается көрсетеді, ал фокусирующих — концентрациясы, яғни орналасу тығыздығын арттыру түсетін радиация ағынының.

Концентраторлар күн энергиясы.

Концентраторлар — бұл оптикалық құрылғылар түріндегі айна немесе линза, онда қол жеткізіледі арттыру ағынының тығыздығы энергия.

Жазық айналар, параболоидные немесе параболоцилиндрические дайындалады жұқа металл парағының немесе фольга және т. б. Материалдарды жоғары бейнелеу қабілеті.

Күн станциялары салынуда, негізінен, екі типі бар:

1 — СЭС-мұнара типті,

2 — СЭС-модульдік үлгідегі.

Жүйесі, тұратын көптеген шағын концентрирующих коллекторлар, олардың әрқайсысы тәуелсіз қадағалайды күн — модульдік КЭС.

Концентраторлар міндетті емес болуы тиіс нысаны параболоида, әдетте, бұл жақсырақ. Әрбір концентратор деп күн энергиясын сұйық жылу тасымалдағыш. Ыстық сұйықтық сайын барлық коллекторлар жиналады орталық энергия станцияларын орнатқан. Жылу салмақ түсетін сұйықтық болуы мүмкін су буымен, егер ол тікелей қолданылады бу турбина немесе қандай да бір термохимиялық ортасы — мысалы, диссоциированный аммиак. Жүйенің негізгі кемшіліктерін шоғырланған коллекторлармен:

1 — әр шағылдырғыш талап бойынша күрделі конструкцияның термиялық қабылдағыш, ол орналастырылады, оның фокальной.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *