生物理論

1.人類有一門學科叫仿生學，即通過對自然界生物特性的研究與模仿，來達到為人類社會更好地服務的目的。典型的例子如，通過研究蜻蜒的飛行製造出了直升機；對青蛙眼睛的表面“視而不見”，實際“明察秋毫”的認識，研製出了電子蛙眼；對蒼蠅飛行的研究，仿製出一種新型導航儀——振動陀螺儀，它能使飛機和火箭自動停止危險的“跟頭”飛行，當飛機強烈傾斜時，能自動得以平衡，使飛機在最複雜的急轉彎時也萬無一失；對蝙蝠沒有視力，靠發出超聲波來定向飛行的特性研究，製造出了雷達、超聲波定向儀等；對“變色龍”的研究，產生了隱身科學和保護色的應用……

2.仿生學同樣可應用到計算機領域中。

3.　科學家通過對生物組織體研究，發現組織體是由無數的細胞組成，細胞由水、鹽、蛋白質和核酸等有機物組成，而有些有機物中的蛋白質分子像開關一樣，具有“開”與“關”的功能。因此，人類可以利用遺傳工程技術，仿製出這種蛋白質分子，用來作為元件製成計算機。科學家把這種計算機叫做生物計算機。生物計算機有很多優點，主要表現在以下幾個方面：

4.首先，它體積小，功效高。在一平方毫米的面積上，可容納幾億個電路，比目前的集成電路小得多，用它製成的計算機，已經不像現在計算機的形狀了，可以隱藏在桌角、牆壁或地板等地方。

5.其次，當我們在運動中，不小心碰傷了身體，有的上點兒葯，有的年輕人甚至葯都不上，過幾天，傷口就癒合了。這是因為人體具有自我修復功能。同樣，生物計算機也有這種功能，當它的內部晶元出現故障時，不需要人工修理，能自我修復，所以，生物計算機具有永久性和很高的可靠性。

6.再者，生物計算機的元件是由有機分子組成的生物化學元件，它們是利用化學反應工作的，所以，只需要很少的能量就可以工作了，因此，不會像電子計算機那樣，工作一段時間后，機體會發熱，而它的電路間也沒有信號干擾。

7.1983年，美國公布了研製生物計算機的設想之後，立即激起了發達國家的研製熱潮。當前，美國、日本、德國和俄羅斯的科學家正在積極開展生物晶元的開發研究。從1984年開始，日本每年用於研製生物計算機的科研投資為86億日元。

目前，生物晶元仍處於研製階段，但在生物元件，特別是在生物感測器的研製方面已取得不少實際成果。這將會促使計算機、電子工程和生物工程這三個學科的專家通力合作，加快研究開發生物晶元。

生物計算機一旦研製成功，可能會在計算機領域內引起一場劃時代的革命。

生物計算機是以生物界處理問題的方式為模型的計算機。目前主要有：生物分子或超分子晶元、自動機模型、仿生演演算法、生物化學反應演演算法等幾種類型。

計算機工業在近幾十年內飛速發展，其速度令人瞠目。然而目前晶體管的密度已近當前所用技術的理論極限，晶體管計算機能否繼續發展下去？所以，人們在不斷尋找新的計算機結構。另一方面，人們在研究人工智慧的同時，借鑒生物界的各種處理問題的方式，即所謂生物演演算法，提出了一些生物計算機的模型，部分模型已經解決了一些經典計算機難以解決的問題。生物計算機目前主要有以下幾類：

1. 生物分子或超分子晶元：立足於傳統計算機模式，從尋找高效、體微的電子信息載體及信息傳遞體入手，目前已對生物體內的小分子、大分子、超分子生物晶元的結構與功能做了大量的研究與開發。“生物化學電路”即屬於此。

2. 自動機模型：以自動理論為基礎，致力與尋找新的計算機模式，特別是特殊用途的非數值計算機模式。目前研究的熱點集中在基本生物現象的類比，如神經網路、免疫網路、細胞自動機等。不同自動機的區別主要是網路內部連接的差異，其基本特徵是集體計算，又稱集體主義，在非數值計算、模擬、識別方面有極大的潛力。

3. 仿生演演算法：以生物智能為基礎，用仿生的觀念致力於尋找新的演演算法模式，雖然類似於自動機思想，但立足點在演演算法上，不追求硬體上的變化。

4. 生物化學反應演演算法：立足於可控的生物化學反應或反應系統，利用小容積內同類分子高拷貝數的優勢，追求運算的高度并行化，從而提供運算的效率。DNA計算機屬於此類。

5. 細胞計算機：採用系統遺傳學（system genetics）原理、合成生物技術，人工設計與合成基因、基因鏈、信號傳導網路等，對細胞進行系統生物工程（system bio-engineering）改造與重編程序，可以做複雜的計算與信息處理，細胞計算機又稱為濕計算機（wet computer），目前的計算機是干計算機（dry computer）。中科院曾邦哲（曾傑）1999年提出把遺傳信息系統看作基因組智能（genomic intelligence)可以人工編程，重新設計細胞內複雜生物分子相互作用網路，從而使細胞成為人工生命系統（artificial biosystem），2002年在德國提出分子模塊、細胞器、基因群設計細胞並設計細胞信號通訊的生物計算機模型，從而拓展了多元細胞計算機與層次的概