Beyond-CMOS- und HF–Bauelemente, integrierte Schaltungen und Technologien

Funktionale Nanostrukturen für Biocomputer

© Fraunhofer ENAS
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen eines Nanokanalnetzwerks hergestellt mittels Elektronenstahllithografie (gesamte Netzwerkstruktur und die Durchlauf- und die Verteilkreuzungen für die Rechenoperationen). (links) Schematische Darstellung des Transports der Agenten in den einzelnen Kreuzungen (rechts).

In dem von der EU geförderten Projekt Bio4Comp sollen netzwerkbasierte Bio-Computer (NBC) entwickelt werden, die mathematische / kombinatorische Probleme lösen können, die für herkömmliche Computer wegen ihrer Komplexität derzeit nicht zugänglich sind. Die Idee ist, dass biomolekulare Stoffe, die jeweils nur wenige Nanometer groß sind, diese Probleme lösen können, indem sie durch ein Netzwerk von winzigen Kanälen bewegt werden. Dieses Netzwerk repräsentiert einen mathematischen Algorithmus. Um das kombinatorische Problem zu lösen, wird eine große Anzahl autarker biomolekularer Stoffe durch Motorproteine zeitgleich und parallel durch das Netzwerk befördert, wodurch die Lösung, im Vergleich zu herkömmlichen Algorithmen auf Computern, schneller erreicht wird. Hervorzuheben ist, dass dieser Ansatz der Berechnung wesentlich weniger Energie als herkömmliche Computer benötigt und so Probleme eines hohen Stromverbrauchs und der Wärmeableitung herkömmlicher Computer umgeht. Dieser Ansatz ist eine hervorragende Ergänzung zu konventionellen Computern, da die Miniaturisierung von Schaltkreisen aufgrund des zunehmenden Einflusses von Quanteneffekten und steigender Kosten begrenzt ist. Bio4Comp legt damit den Grundstein für eine neue und innovative Technologie, die das Potenzial hat, elektronische Computer für spezifische mathematische Probleme zu übertreffen und dabei hilft, wichtige praktische Probleme zu lösen, wie den Entwurf und die Verifizierung von Schaltkreisen oder das Falten und das Designen von Proteinen.

Dieses Projekt wurde aus Mitteln des Forschungs-und Innovationsprogramms »Horizont 2020« der Europäischen Union im Rahmen der Zuschussvereinbarung Nr. 732482 gefördert.