Bouwsteen ontwikkeld voor optische, moleculaire computers

Duitse medewerkers van een onderzoeksinstituut in Karlsruhe hebben een opstelling gebouwd waarmee in de toekomst een moleculaire computer gemaakt zou kunnen worden die in staat is om intern te communiceren via optische kanalen.

De testopstelling is nog verre van toepassingsrijp, maar fungeert voornamelijk als proof of concept. Met hun experiment hebben de onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology aangetoond dat het mogelijk is om een enkel molecuul onder invloed van een spanning te laten oplichten. Met optisch-elektrische moleculen zou optische communicatie binnen moleculaire computers mogelijk zijn, wat weer tot zuinige, zeer kleine computers moet leiden. De wetenschappers, onder leiding van Marcel Mayor en Ralph Krupke, gebruiken kapotte koolstof nanodraden voor hun experiment.

De metallische nanodraden fungeerden als elektroden. De onderzoekers maakten met opzet een onderbreking van minder dan tien nanometer groot in de nanodraden. In het gat wisten zij een molecuul te positioneren, dat elektrostatisch in het gat werd gevangen. Het zes nanometer grote, staafvormige molecuul was speciaal ontwikkeld om elektroluminescentie te vertonen; het licht op als er spanning op wordt gezet.

De onderzoekers werken verder aan de ontwikkeling van verschillende moleculen die verschillende golflengtes licht produceren. Volgens de onderzoekers, die samenwerkten met chemici van de universiteit van Basel en wetenschappers van een Poolse universiteit, is het de eerste keer dat elektroluminescentie is aangetoond tussen een verbinding van koolstof nanobuizen en een molecuul.

Reacties (20)

[supersnathan94]

Zou het ook mogelijk zijn om het toe te passen in het menselijk lichaam? Het werkt immers met licht enstroom. Zo zou het misschien mogelijk kunnen zijn om beschadigt zenuwweefsel te vervangen door een zo'n molecuul en wat glasvezelkabel. Nu nog een manier verzinnen om aan het einde van die kabel het licht weer omzetten in een stroompje en heel veel verlamde mensen zouden hiermee geholpen kunnen worden. Daar heb je de computer functionaliteit niet eens bij nodig.

[luuksnijmegen]

Ik weet haast zeker dat dit niet gaat werken. Een zenuw werkt d.m.v. ionkanalen, niet door licht. Door deze ionkanelen gaan ionen (Dúh). Door het transport van deze ionen wordt de lading binnen de zenuwvezel aangepast. Wanneer een receptor iets waarneemt, verandert het "membraanpotentiaal" op die plek. Die verandering zorgt op zijn beurt weer voor een verandering (transport van ionen) in een gebied naast zich, enzovoorts. De zenuw is omgeven door een myelineschede welke de zenuw afschermt. Her en der zitten openingen, waar die verandering van "actiepotentiaal" kan gebeuren. Hierdoor "springt" het actiepotentiaal over de zenuw, van een dendriet, richting het cellichaam, en dan weer doorgegeven naar een axon. Aan het eind van een axon wordt het signaal weer doorgegeven naar een nieuwe cel.

Ik denk dat het integreren van een glasvezelkabeltje met een zenuw niet gaat werken, aangezien het actiepotentiaal dan niet doorgegeven wordt. Zelfs áls je het kunt omzetten voor zo'n glasvezelkabeltje, en dan weer naar een zenuwvezel, denk ik niet dat het goed gaat...

Voor de leken die dit interesseert: http://en.wikipedia.org/wiki/Action_potential

[Reactie gewijzigd door luuksnijmegen op 26 juli 2024 11:36]

[Verwijderd]

Licht omzetten in een spanning is biologisch niet zo'n probleem. Tal van lichtgevoelige receptors, zoals bijvoorbeeld in je oog.
Bacteriorhodopsin waaraan ik heb gewerkt, is een proton kanaal dat werkt onder invloed van opvallend licht. De conversie van licht naar een potentiaal over de celwand is dus best te doen.

De vraag is echter waarom je zo'n omweg zou maken door het eerst in licht om te zetten, en dan weer terug. Gewoon puur elektrisch werkt ook prima. Je lichaam werkt niet met de hoge frequenties waarop een cpu werkt.... En dus is er geen reden om licht te gebruiken op lange afstanden. De lagere snelheid van een elektrisch signaal in een zenuw voldoet prima in gezonde mensen. Kun je dus ook gebruiken voor kunstmatige oplossingen. En dat maakt het veeeeeeeel simpeler iets te implementeren.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 26 juli 2024 11:36]

[luuksnijmegen]

Het kán natuurlijk wel, maar je moet een superklein signaal gaan omzetten van stroom naar licht naar stroom. De cellen in je oog zijn daarvoor gespecialiseerd. Dan moeten we eerst ook iets van een dergelijk formaat gaan maken, wat hetzelfde kan. Ik denk dat daar nog heel veel jaar onderzoek in gaat zitten. Dan kun je inderdaad beter een nep-zenuwvezel maken die ook gewoon zijn werkt doet bij het lage potentiaal waarop echte zenuwen werken.

[twabi2]

Het is niet omdat er receptoren zijn die licht kunnen omzetten in een potentiaal (rhodopsine is inderdaad het voorbeeld bij uitstek) dat je die ook zomaar kan gaan exprimeren op een al beschadigde zenuwvezel. Het hele concept van licht in de overdracht te betrekken lijkt me dus sowieso een nagenoeg onhaalbaar feit.

[twabi2]

Waarom dan de tussenstap maken van licht? Ik denk dat je je wel een beetje mispakt aan de complexiteit van een zenuw: de dikke streng die je kan voelen in je elleboog is wel een zenuw, maar die bestaat uit duizenden miniscule vezels, elk met hun eigen isolatielaagje. Een zenuwpuls is verder ook geen eenvoudige logisch stroompje (aan of uit), maar kan complexe patronen vertonen. Gewoon een stukje kabel tussenzetten gaat dus nooit werken.

[luuksnijmegen]

Dat denk ik ook. Het doorgeven van een signaal in een zenuwvezeltje berust enkel op iontransport van enkele ionen, met hierdoor een hele lage lading. Zoals twabi2 al zegt, is een zenuwpuls complex. Het is weliswaar onderhevig aan een "standaardpatroon", maar het is wel zéér complex!


Zelfs áls er een verbindingen met een glasvezeltje kan worden gelegd, moeten dat hele kleine signaal worden omgezet naar licht, doorgegeven worden, en dan weer omgezet. Bij het omzetten verlies je vast signaal. Als je al zo'n laag signaal hebt, kan het verliezen van een klein deel al een heel groot effect hebben. Stel je voor dat je bv. in de auto zit, en je moet opeens remmen. Door het verlies van signaal werkt je been even niet goed, en kun je niet goed remmen, dat kan levensgevaarlijk zijn!

[twabi2]

Die rem-situatie lijkt me niet realistisch: als je wilt remmen zal je krachtig je extensoren van de voet en knie laten aanspannen, zodat je voet en je been strekken.
Om die krachtige spiercontracties mogelijk te maken, worden alle motor-units gerekruteerd, wat er op neerkomt dat elke zenuwvezel heel actief gaat vuren. Je zal misschien inderdaad een fractie van een seconde trager zijn, omdat door het principe van Henneman eerst je kleine motor-units moeten geactiveerd worden. Of dat invloed zal hebben weet ik niet.

Maar globaal ben ik wel akkoord, zomaar een kabeltje tussen zetten gaat niet lukken.

[luuksnijmegen]

Misschien een slecht voorbeeld inderdaad. Stel bijvoorbeeld eens dat je een zenuw naar een bepaalde klier in je lichaam hebt beschadigd. Als de nieuwe verbinding niet goed werkt, zal de klier of te weinig, of te veel stoffen uitscheiden, terwijl alles supernauwkeurig moet gebeuren, anders gaat de hele balans in je lichaam eraan. Hier is het niet zo dat er eerst heel veel "motorunits" gerekruteerd moeten worden, bij de meeste klieren berust het principe simpel op het verkrijgen van signaal van zenuwen. Het kan volgens mij dan best gevaarlijk zijn.

[DamonTheron]

Wat prachtig om dit soort proof-of-concepts te zien. Dit opent deuren voor allerlei toepassingen, met niet de minste het gebruik in chips om eng kleine onderdelen te bouwen wat weer kan leiden tot een soort super-processoren en andere enorm-snelle onderdelen.

[RHF]

Leuk, dan hebben we het niet meer over nm printspoortjes maar over lichtverbindingen, hoeveel kleiner, zuiniger of sneller kan je een chip dan maken?

[Verwijderd]

ik vraag mij af hoelang het duurt tegen dat dit voor de gewone gebruiker toegankelijk zal worden.

[Bosmonster]

Ik gok een jaar of 30.

[tweakerss]

Ik gok dat jij er dik naast zit, ik weet niet of je het door hebt maar de ontwikkelingen gaan steeds sneller, 30 jaar is echt heel erg lang hoor.

[hollandismad]

De enige ontwikkelingen die zo snel gaan zijn die van de silicium-markt. Zolang daar nog rek in zit zal dat geld niet vrijkomen voor onderzoek naar een opvolger, en pas als de grote geldkranen worden opengedraaid zal de ontwikkeling van die opvolger echt op gang komen. Op dat moment moet er dan nog een enorme inhaalslag worden gemaakt, wat kennis betreft, om het kennis-niveau van silicium te evenaren.

Hier komt dan nog bij dat de hier beschreven techniek waarschijnlijk in de categorie "opvolger van de opvolger" valt en dus nog langer zal moeten wachten op het vrijkomen van geld. Als de opvolger van silicium het goed doet, dan kan dat best heel lang zijn. Die 30 jaar is dus geen rare schatting.

[Durandal]

Ben het niet met je eens. De silicium markt wordt imo geremd door de tijd die het kost om steeds preciezere steppers te bouwen en de problemen die bij steeds kleinere schakelingen optreden te omzeilen.
Was dat allemaal geen probleem dan zou het veel sneller gaan.

In theorie iets van aantal ontwikkelingen dit jaar = (laatste jaar)^n x aantal mensen dat er aan werkt, waarbij n het aantal doorontwikkelingen op een product van vorig jaar is, en het aantal mensen dat ontwikkelt elk jaar meer wordt.
Veel meer dan een verdubbeling elk jaar dus, ware er geen beperkende factoren.

[fevenhuis]

Ik gok dat alle gokkers de plank wel eens mis zouden kunnen slaan.

Niemand die kan voorspellen hoelang het duurt, twee zaken zijn echter wel zeker, tegenwoordig duurt niet zo lang meer voordat nieuwe technologieën op de markt komen in de IT en het tempo van de technologische ontwikkeling ligt vrij hoog.