定義
生物計算機生物計算機是生物工程技術產生蛋白質分子，以此作為生物晶片。如讓幾萬億個DNA分子在某種酶的作用下進行化學反應就能使生物計算機同時運行幾十億次。生物計算機晶片本身還具有並行處理的功能，其運算速度要比當今最新一代的計算機快10萬倍，能量消耗僅相當於普通計算機的十億分之一，存儲信息的空間僅占百億億分之一。生物晶片一旦出現故障，可以進行自我修復，所以具有自愈能力。生物計算機具有生物活性，能夠和人體的組織有機地結合起來，尤其是能夠與大腦和神經系統相連。這樣，生物計算機就可直接接受大腦的綜合指揮，成為人腦的輔助裝置或擴充部分，並能由人體細胞吸收營養補充能量，因而不需要外界能源。它將成為能植入人體內，成為幫助人類學習、思考、創造、發明的最理想的夥伴。
概述
生物計算機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，靠發出超音波來定向飛行的特性研究，製造出了雷達、超音波定向儀等；對變色龍的研究，產生了隱身科學和保護色的套用……
仿生學同樣可套用到計算機領域中。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。
優點
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：
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。
其次，當我們在運動中，不小心碰傷了身體，有的上點兒藥，有的年輕人甚至藥都不上，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，當它的內部晶片出現故障時，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。
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，工作一段時間後，機體會發熱，而它的電路間也沒有信號干擾。
1983年，美國公布了研製生物計算機的構想之後，立即激起了已開發國家的研製熱潮。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片的開發研究。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，生物晶片仍處於研製階段，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片。
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片、自動機模型、仿生算法、生物化學反應算法等幾種類型。
計算機工業在近幾十年內飛速發展，其速度令人瞠目。然而目前電晶體的密度已近當前所用技術的理論極限，電晶體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，借鑑生物界的各種處理問題的方式，即所謂生物算法，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。
種類
生物計算機目前主要有以下幾類：
1. 生物分子或超分子晶片：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、超分子生物晶片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線的差異，其基本特徵是集體計算，又稱團隊精神，在非數值計算、模擬、識別方面有極大的潛力。
3. 仿生算法：以生物智慧型為基礎，用仿生的觀念致力於尋找新的算法模式，雖然類似於自動機思想，但立足點在算法上，不追求硬體上的變化。
4. 生物化學反應算法：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，追求運算的高度並行化，從而提供運算的效率。DNA計算機屬於此類。
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分子在酵母細胞中“運行”據美國國家地理雜誌報導，最新研製的新型生物計算機可讓科學家對分子進行“編程”，並由活細胞執行“命令”。
美國加州理工學院(California Institute of Technology)的克里斯蒂娜·斯默爾克(Christina Smolke)是該研究的合著作者之一，他指出，像這樣的生物計算機有朝一日可使人類直接控制生物學計算系統。該研究將發表在2008年10月17日出版的《科學》雜誌上。
生物計算機最終將具有智慧型，從細胞中生成生物燃料，比如：可以實現在某種特殊狀況下有效控制“智慧型藥物”。斯默爾克說，“如果探測到某種疾病，一種智慧型藥物能夠從一個細胞環境中採樣，並形成自防禦序列結構。”
這種新型生物計算機包括著裝配在酵母細胞中的工程RNA片斷，RNA是類似於DNA的一種生物分子，它可以編碼遺傳基因信息，比如：如何製造多樣化的蛋白質。從計算工程角度來講，生物計算機的“輸入”是分子漂浮在細胞內；“輸出”是蛋白質產物的變化。舉個例子，RNA計算機很可能捆綁著兩種不同的分子，如果兩種不同分子附著在一起，將導致出現生物計算機的外形變化。改變形狀後的生物計算機對DNA進行捆綁時，將直接影響基因表達，並減緩蛋白質製造。
這些蛋白質將以不同方式影響細胞，比如：如果這些細胞是癌細胞，蛋白質將會把癌細胞殺死。研究小組設計RNA計算機的不同部分可進行模件組成，因此這些組件可混合匹配組裝。
斯默爾克說，“依據我們不同的組合方式，將實現不同的效應。”自然界傾向於形成複雜的分子結構，而這些複雜的分子卻能夠實現非凡的獨立性功能。建立一些可互換性組件執行多樣化計算功能存在著困難，但是這種生物計算機卻具有較高的效率，在日後的研究中將逐漸成熟。
許多科學家認為生物計算機不太可能超越或者匹配現今的電子計算機。美國普林斯頓大學電子工程師兼分子生物學家羅恩·韋斯(Ron Weiss)說，“它們並不能像我們日常的計算快速機運行微軟Windows系統，或者運行Wii遊戲。”與眾不同的是，生物計算機能夠潛在地修補或直接影響細胞進程。
韋斯稱，它基本上採用一種“細胞語言”，這項最新研究將拓展生物計算機的套用領域。之前的RNA計算機並不是很複雜。
以色列魏茲曼學院(Weizmann Institute of Science)的計算機科學家兼生物計算機學家埃胡德·沙皮羅(Ehud Shapiro)並未參與斯默爾克的研究，在此之前，他帶領的研究小組成功地使用DNA建立了一個生物計算機，可工作在試管之中，並執行一些簡單的數學運算。
但是沙皮羅的生物計算機不同於目前最新的RNA計算機，他的試管分子計算機很容易受到外界環境的影響和干擾。沙皮羅說，“斯默爾克的最新研究顯示新型生物計算機可實現分子在細胞內的運行。”他期望未來RNA計算機能夠代替由蛋白質製造的複雜裝置，蛋白質是目前我們所知的自然界最有效的裝置，我們知道如何讓RNA分子執行簡單的任務，卻不知道它們是如何驅動蛋白質的。這將是今後重要研究的一個目標。
研究方向
生物計算機是人類期望在21世紀完成的偉大工程。是計算機世界中最年輕的分支。目前的研究方向大致是兩個：一是研製分子計算機，即製造有機分子元件去代替目前的半導體邏輯元件和存儲元件；另一方面是深入研究人腦的結構、思維規律，再構想生物計算機的結構。
關鍵DNA
正如人類基因組計畫給予我們的啟示一樣，DNA（脫氧核糖核酸）的資料儲存及運算能力可能遠遠超過目前電腦所使用的矽晶片。目前，電腦科學家正致力於研發基因超級電腦，用以建構以DNA為基礎的資訊科技新世紀。DNA又稱為脫氧核糖核酸，使細胞核中攜帶生物生長指令的遺傳物質。DNA擁有不可思議的資料存儲功能，很可能比矽晶片更強。一般而言，1毫克DNA的存儲功能大約相當於1萬片的光碟片，更為不可思議的是，DNA還具有在同一時間處理數兆個運算指令的能力。研究者指出，將生命活動的指令進行編碼的遺傳分子DNA和RNA里可以儲存比常規存儲晶片多的數據，試管狀的生物計算機中含有大量的遺傳物質片斷，每一個片斷就是一個微型計算工具，因此生物計算機能同時進行數千次甚至上百萬次計算。對於生物計算機將來的用途，研究人員有種種構想。其中一項就是讓它代替人進行新藥物臨床試驗，它通過運算可以模擬人體的多種變化情況，只要把藥品的成分描述輸入生物計算機，就會得出反應結果。
