Жидкий компьютер, сделанный из ДНК, состоит из миллиардов схем
На протяжении веков дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) служила своего рода руководством по жизни, предоставляя не только шаблоны для огромного множества химических структур, но и средство управления их производством.
В последнее время В течение многих лет инженеры исследовали новую роль уникальных возможностей молекулы в качестве основы для биологического компьютера. Тем не менее, несмотря на то, что прошло 30 лет, с момента создания первого прототипа, большая часть ДНК компьютеры изо всех сил пытались обработать больше, чем несколько специализированных алгоритмов.
Команда исследователей из Китая теперь разработала интегральную схему ДНК (DIC), которая имеет гораздо более общее назначение. Вентиляторы их жидкого компьютера могут образовывать удивительные 100 миллиардов цепей, демонстрируя свою универсальность, поскольку каждая из них способна запускать свою собственную программу.
Вычисления на основе ДНК обладают потенциалом для создания машин, которые предлагают значительный скачок в скорости и мощности, и – как и в случае с квантовыми вычислениями, можно использовать различные подходы. Здесь ученые хотели создать что-то, что было бы более адаптируемым, чем предыдущие попытки, и с более широким спектром потенциальных применений.
«Программируемость и масштабируемость представляют собой два важнейших фактора в достижении вычислений общего назначения», — пишут исследователи в опубликованной статье.
» Программируемость позволяет специфицировать устройство для выполнения различных алгоритмов, тогда как масштабируемость позволяет выполнять растущий объем работы путем добавления ресурсов в систему».
Для достижения этой цели команда сосредоточилась на том, что они назвали Программируемые вентильные матрицы на основе ДНК, или DPGA: короткие сегменты ДНК, скрепленные вместе для создания более крупных структур, которые затем можно было встроить в интегральные схемы различных комбинаций.
Эти DPGA были созданы путем смешивания нитей ДНК с буфером. жидкости в пробирках, полагаясь на химические реакции для создания креплений и комбинаций, необходимых для создания ДВС, к которым стремились исследователи.
Потребовалось также некоторое детальное моделирование, чтобы выяснить, как управлять входными и выходными сигналами и выполнять логические функции, как обычный компьютер. Более крупные схемы, слишком большие для одного DPGA, были разбиты на составные части для сборки.
В ходе своих экспериментов ученым удалось создать схемы, например, для решения квадратных уравнений и извлечения квадратных корней. По словам исследователей, в дальнейшем эти системы можно будет адаптировать для таких целей, как диагностика заболеваний.
Более того, экспериментальные системы мало что показали в плане ослабления сигнала или постепенной потери мощности. сигнала по мере его распространения. Это еще одна ключевая часть возможности создания ДНК-компьютеров, способных масштабироваться и адаптироваться.
Мы еще далеки от реализации всего потенциала ДНК-вычислений, но за последние несколько лет ученые добились значительных успехов. делает шаг вперед в модификации этой биологической формы хранения для использования ее для обычных вычислительных задач.
«Возможность интегрировать крупномасштабные сети DPGA без видимого затухания сигнала знаменует собой ключевой шаг на пути к вычислениям на ДНК общего назначения», пишут исследователи.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
