Digitalisering af hårde, våde og levende teknologier

Transkript

1 Digitalisering af hårde, våde og levende teknologier Jan Madsen, Professor & Vicedirektør DTU Compute IDA Gå-hjem møde, 21 november, 2017 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 1 Design Automation hårde våde levende 1 2 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 2 1

2 computing computing machines enigma human computer DTU Compute IDA Gå-hjem møde 4 2

3 den menneskelige computer den menneskelige computer skal følge faste regler; han har ingen beføjelser til at afvige fra dem på nogen måde. Allan Turing, 1950 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 5 computing machines enigma human the bombe computer machine DTU Compute IDA Gå-hjem møde 6

4 first silicon computer part of Apollo guidance computer 1969 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 7 digitalisering Internet-of-Things sensorsværm mobile skyen Big Data DTU Compute IDA Gå-hjem møde 8 4

5 digitalisering Internet-of-Things sensorsværm mobile skyen Big Data DTU Compute IDA Gå-hjem møde 9 digitalisering Internet-of-Things sensorsværm mobile skyen Big Data DTU Compute IDA Gå-hjem møde 10 5

6 digitalisering Internet-of-Things sensorsværm mobile skyen Big Data DTU Compute IDA Gå-hjem møde 11 1 hårde teknologier DTU Compute IDA Gå-hjem møde 12 6

7 hårde teknologier ON Transistor DTU Compute IDA Gå-hjem møde 1 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 14 source: 7

8 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 15 source: DESIGN DTU Compute IDA Gå-hjem møde 16 source: 8

9 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 26/11/ /11/1 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 17 source: DTU Compute IDA Gå-hjem møde 18 9

10 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 19 1/ DTU Compute IDA Gå-hjem møde 20 10

11 Moore s lov DTU Compute IDA Gå-hjem møde 21 Electronic Design Automation computer design EDA computer programering compiler DTU Compute IDA Gå-hjem møde 22 11

12 tiny computers? 50 mm DTU Compute IDA Gå-hjem møde 2 tiny computers! transistor 14 nm HIV virus 120 nm DTU Compute IDA Gå-hjem møde 24 12

13 smart dust computer 1 mm [Michigan Micro Mote, ECE University of Michigan] DTU Compute IDA Gå-hjem møde 25 anvendelser? DTU Compute IDA Gå-hjem møde 26 1

14 implanterbar computer Y. Shi et al. A 10mm Syringe-Implantable Near-Field Radio System on Glass Substrate, IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), 2016 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 27 2 våde teknologier DTU Compute IDA Gå-hjem møde 28 14

15 biosensor DTU Compute IDA Gå-hjem møde 29 laboratorie robot DTU Compute IDA Gå-hjem møde 0 15

16 biochip valve LOC /cm 2 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 1 biochip DTU Compute IDA Gå-hjem møde 2 16

17 biochip [ DTU Compute IDA Gå-hjem møde challenges the pretty picture the reality! DTU Compute IDA Gå-hjem møde 4 17

18 on-chip control? DTU Compute IDA Gå-hjem møde 5 on-chip bubble logic DTU Compute IDA Gå-hjem møde 6 18

19 Grover, W. H., Skelley, A. M., Liu, C. N., Lagally, E. T., & Mathies, R. A. (200). Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices. Sensors Grover, W. H., Skelley, A. M., Liu, C. N., Lagally, E. T., & Mathies, R. A. (200). Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices. Sensors 19

20 Grover, W. H., Skelley, A. M., Liu, C. N., Lagally, E. T., & Mathies, R. A. (200). Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices. Sensors Grover, W. H., Skelley, A. M., Liu, C. N., Lagally, E. T., & Mathies, R. A. (200). Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices. Sensors 20

21 Grover, W. H., Skelley, A. M., Liu, C. N., Lagally, E. T., & Mathies, R. A. (200). Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices. Sensors Monolithic membrane valves Grover, W. H., Skelley, A. M., Liu, C. N., Lagally, E. T., & Mathies, R. A. (200). Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices. Sensors 21

22 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 4 on-chip control design DTU Compute IDA Gå-hjem møde 44 22

23 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 45 integration DTU Compute IDA Gå-hjem møde 46 2

24 digital biochips? DTU Compute IDA Gå-hjem møde 47 digital biochip [kilde: GenMarkDx eplex System ( DTU Compute IDA Gå-hjem møde 48 24

25 digital biochip [kilde: GenMark eplex cartridge] DTU Compute IDA Gå-hjem møde 49 Microfluidic Design Automation biochip design MDA LOC biochip programering compiler LOC DTU Compute IDA Gå-hjem møde 50 25

26 levende teknologier DTU Compute IDA Gå-hjem møde 51 levende teknologier DTU Compute IDA Gå-hjem møde 52 26

27 levende teknologier DTU Compute IDA Gå-hjem møde 5 levende teknologier detekter beslut reager DTU Compute IDA Gå-hjem møde 54 27

28 biocomputers in 1mm DTU Compute IDA Gå-hjem møde 55 genetic engineering DTU Compute IDA Gå-hjem møde 56 28

29 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 57 DNA læsning the human genome project Y $ W $ 2014 D $ D 100 $ [kilder: DTU Compute IDA Gå-hjem møde 58 29

30 DNA læsning DNA C T C A A A C T G C A A C T G T A A C T G T SEQUENCER if then else C T C A A A C T G C A A C T G T A A C T G T C T C A A A DTU Compute IDA Gå-hjem møde 59 DNA skrivning? A A C T G C A A C T G T A A C T G T A C T T A G A T D D printer if then else DTU Compute IDA Gå-hjem møde 60 0

31 Bio Design Automation bio programering compiler C A A C T G T A A C T DTU Compute IDA Gå-hjem møde 61 DNA design compiler C A A C T G T A A C T DTU Compute IDA Gå-hjem møde 62 1

32 DNA design Genetic circuit design automation Alec A. K. Nielsen et. al., Science 01 Apr 2016: Vol. 52, Issue 6281, DTU Compute IDA Gå-hjem møde 6 anvendelser? DTU Compute IDA Gå-hjem møde 64 2

33 den levende pille Psoriatic lesion anti-inflammatory drugs inflammatory biomarks cell if (TNF AND TL-22) then do TL-4, TL-10 else do nothing [kilde: Science translational medicine 7(18):18ra201 December 2015] DTU Compute IDA Gå-hjem møde 65 fighting cancer main() { if (mir-21 AND mir-17-0a AND NOT (mir-141) AND NOT(miR-142(p)) AND NOT (mir-146a)) Normal cell then hbax } Cancer cell DTU Compute IDA Gå-hjem møde 66

34 synthetic organism syn.0 47 genes Science 25 March 2016 vol. 51, issue 6280 DTU Compute IDA Gå-hjem møde 67 Når forandringens vinde blæser, bygger nogle læhegn, andre bygger vindmøller gammelt Kinesisk ordsprog DTU Compute IDA Gå-hjem møde 68 4