Máy tính sinh học: có thể là cứu cánh cho khủng hoảng năng lượng

Trong bối cảnh các doanh nghiệp công nghệ chạy đua tìm lời giải cho cơn khát năng lượng của trí tuệ nhân tạo, một hướng đi táo bạo đang dần hình thành: Máy tính sinh học sử dụng tế bào thần kinh sống làm nền tảng cho thế hệ chip mới.

Những "bộ não mini" được nuôi trong phòng thí nghiệm này không chỉ xóa mờ ranh giới giữa sinh học và công nghệ mà còn hứa hẹn tạo ra những cỗ máy "sống" có khả năng học hỏi, phản ứng và thích nghi như con người nhưng tiêu thụ ít năng lượng hơn hàng triệu lần so với chip silicon.

Khi khoa học viễn tưởng bước vào đời thực

Ý tưởng dùng tế bào sống cho máy móc từng được xem như chỉ xuất hiện trong các phim khoa học viễn tưởng. Thế nhưng, tại Thụy Sĩ, nhóm nghiên cứu của TS. Fred Jordan thuộc phòng thí nghiệm FinalSpark đang biến những điều tưởng như là bất khả thi đó thành hiện thực. Trong phòng thí nghiệm ở Vevey, họ tạo ra những khối tế bào thần kinh hay “organoid” được nuôi cấy từ tế bào gốc người có phản ứng và truyền tín hiệu điện như một bộ não thu nhỏ.

Những “bộ não thu nhỏ” với kích thước chỉ vài milimet mỗi khối được cấy vào hệ thống điện cực để ghi nhận phản ứng khi có kích thích. Khi ấn phím trên bàn điều khiển, tín hiệu điện sẽ truyền đến organoid và màn hình hiển thị đồ thị hoạt động tương tự điện não đồ (EEG). Mỗi dao động nhỏ chứng tỏ các tế bào thần kinh đang “suy nghĩ” theo nghĩa sinh học.

TS. Jordan thừa nhận rằng với nhiều người, khái niệm về máy tính sinh học vẫn còn khá lạ lẫm. Ảnh: BBC

“Mục tiêu cuối cùng là dạy các cụm tế bào này học giống như cách vận hành mạng nơ-ron AI hiện nay” - TS. Jordan giải thích. “Với AI, mọi thứ đều theo cùng một nguyên tắc: bạn đưa vào dữ liệu đầu vào và mong muốn nhận lại kết quả đầu ra tương ứng”. Chỉ khác là lần này, "máy học" thật sự làm từ tế bào sống.

Nhóm FinalSpark gọi nền tảng họ xây dựng là “wetware”, tức “phần mềm ướt” kết hợp giữa phần cứng, phần mềm và vật liệu sống. So với AI hiện nay, phát minh mới này yêu cầu năng lượng cực thấp để vận hành, bởi não người chỉ cần 20 watt tương đương một bóng đèn LED để xử lý thông tin phức tạp hơn bất kỳ siêu máy tính nào.

Cuộc đua mới giữa trí tuệ nhân tạo và “trí tuệ thật”

Không chỉ ở châu Âu, nhiều nhóm nghiên cứu khác cũng đang lao vào cuộc đua này. Năm 2021, startup Cortical Labs của Úc đã khiến giới khoa học kinh ngạc khi phát triển DishBrain, một đĩa chứa tế bào não người được nuôi cấy có thể tự học cách chơi trò điện tử cổ điển Pong chỉ trong năm phút. Lần đầu tiên, một hệ thần kinh nhân tạo được chứng minh có thể hoàn thành nhiệm vụ định hướng mà không cần lập trình.

Cortical Labs gọi công nghệ của họ là “trí tuệ thật” (actual intelligence) - sự kết hợp giữa tế bào sống và phần cứng. Theo CEO Hon Weng Chong, những neuron thật có khả năng thích nghi và đúc kết thông tin mà mạng nơ-ron nhân tạo vẫn còn hạn chế. “Đây mới là nền tảng của kỷ nguyên máy tính sinh học, nơi máy móc có thể học đúng nghĩa” - CEO Hon Weng Chong chia sẻ.

DishBrain của Cortical Labs có thể tự học cách chơi Pong bằng các tế bào não sống. Ảnh: Cortical Labs

Trong khi đó, TS. Ewelina Kurtys từ FinalSpark nhấn mạnh rằng neuron sống mang lại hiệu quả năng lượng cao hơn silicon đến một triệu lần. Trong bối cảnh ngành AI tiêu thụ điện năng tăng gấp 10 lần kể từ khi ChatGPT ra mắt, những hệ thống sinh học này có thể là cứu cánh cho khủng hoảng năng lượng đang ngày càng nghiêm trọng.

Tuy nhiên, vẫn còn những rào cản lớn cần giải quyết. Các organoid không có mạch máu nên rất khó giữ chúng sống quá vài tháng. Khi chúng “chết”, mọi dữ liệu học được cũng biến mất. “Hiện chúng ta vẫn chưa biết cách "lưu trí nhớ" cho não sinh học nhân tạo” - TS. Ewelina Kurtys thừa nhận.

Từ “máy sống” đến tương lai năng lượng xanh

Dù còn ở giai đoạn sơ khai, tiềm năng ứng dụng của máy tính sinh học đang thu hút nhiều bàn tán từ giới công nghệ. Các nhà khoa học tin rằng loại máy tính này có thể trở thành công cụ nghiên cứu thần kinh, mô phỏng bệnh lý não hoặc hỗ trợ phát triển thuốc điều trị thoái hóa trí nhớ hay chứng tự kỷ.

Song song đó, trong bối cảnh các tập đoàn như OpenAI, Meta hay Nvidia đang xây dựng các trung tâm dữ liệu khổng lồ tiêu thụ hàng ngàn megawatt điện năng, máy tính sinh học mang lại một giải pháp khả dĩ hơn: một hệ thống tính toán có thể học mà không liên tục đốt cháy năng lượng.

Các nhà khoa học tại Vevey, Thụy Sĩ đang phát triển máy tính sinh học được tạo ra từ tế bào da người. Ảnh: BBC

Theo TS. Kurtys, chỉ trong vòng mười năm tới, thế giới có thể chứng kiến sự ra đời của những máy tính sinh học thương mại đầu tiên. Cortical Labs đã công bố mẫu thương mại CL1, máy tính sinh học đầu tiên “chạy” bằng tế bào não người hiện được bán với giá 35.000 USD cho các viện nghiên cứu.

Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng không nên xem máy tính sinh học là giải pháp thay thế hoàn toàn cho chip silicon. GS. Simon Schultz từ Đại học Imperial College London nhận định. “Chúng ta sẽ tìm được chỗ đứng thích hợp cho công nghệ này. Máy tính sinh học có thể không vượt trội hơn chip điện tử ở mọi khía cạnh, nhưng chúng sẽ mở ra những lĩnh vực mà công nghệ truyền thống chưa từng chạm tới”.

Ở góc nhìn khác, chính TS. Jordan lại xem đây là cách để khoa học hiện thực hóa trí tưởng tượng. “Tôi từng mê phim khoa học viễn tưởng” - TS. Jordan chia sẻ. “Giờ tôi cảm thấy mình đang sống trong chính bộ phim đó, nhưng là người viết nên kịch bản”.