Nový DNA počítač řeší složité matematické problémy bez kabelů nebo stálého napájení.
Výzkumníci v Irsku oznámili vývoj jednoho z nejrychlejších a nejsložitějších „DNA počítačů“. Tento milník, navržený Maynooth University (MU), demonstruje, že mikroskopické řetězce genetického kódu mohou provádět matematické operace dříve vyhrazené pro elektronické mikročipy. Systém, sestávající z řetězců DNA interagujících v kapce slané vody, využívá dlouhý DNA lešení a teplo k zahájení výpočtů bez nepřetržitého napájení. Nový molekulární počítač dokáže provádět základní násobení, dělení a sčítání.
Beznapěťové výpočty
Infrastruktury založené na DNA pro ukládání a zpracování dat představují slibnou cestu k biologickým výpočtům. Namísto zápisu bitů na magnetické povrchy nebo implementace logiky pomocí křemíkových tranzistorů tyto architektury převádí digitální informace do specifických uspořádání čtyř genetických bází: adeninu, cytosinu, guaninu a thyminu. Na systémech založených na DNA pracuje několik institutů a organizací. Například tým na Caltechu vyvinul umělou neuronovou síť založenou na DNA, která dokáže rozpoznávat ručně psaná čísla (0-9) pomocí molekulárních interakcí v roztoku bez mikroprocesorů. Výzkum a vývoj v této oblasti nadále nabírá na obrátkách, zejména vzhledem k rychle rostoucí spotřebě energie moderní elektroniky. Jen v Irsku spotřebují konvenční datová centra ohromujících 23 procent celkové spotřeby elektřiny v zemi. „Zatím jsme se zaměřili na jeden typ počítače, ale kolem nás existuje mnoho dalších příkladů, včetně našich mozků,“ říká profesor Damien Woods z Hamiltonova institutu na Maynooth University.
Aby vědci vyřešili problém s křemíkem, nahradili desky plošných spojů biologickými stavebními bloky. Samotný proces je překvapivě jednoduchý a přímočarý. Vědci smíchají krátké fragmenty DNA s delší DNA strukturou v malé kapce slané vody. Krátký tepelný puls spustí biologickou reakci. Jak se kapalina pomalu ochlazuje, miliony mikroskopických vláken se unáší dohromady, reagují a samy sestavují do složitých molekulárních vzorců, které produkují konečný výsledek. Bez spoléhání se na jediný drát nebo nepřetržitý zdroj napájení slouží jako vypočítaný výstup hotová, samosestavená molekulární struktura. „Malá kapička kapaliny obsahuje miliardy, někdy i biliony vláken DNA. Tato vlákna spolu interagují a produkují výsledek,“ vysvětlil Dr. Abeer Eshra, odborný asistent a informatik na Hamiltonově institutu na MU. Kapka je pozoruhodně výkonná a řeší jednoduché i složité výpočty. V testovacích běhech tým spustil deset různých programů. Molekulární systém vyřešil jednoduché matematické problémy, jako je 10 + 3, za pouhých 30 sekund, zatímco složité 100bitové sčítání s čísly až do 34 milionů trvalo přibližně 14 hodin. Je pozoruhodné, že toto nastavení zdaleka není jednorázové, protože tým provedl až 25 po sobě jdoucích výpočtů ve stejné kapičce bez jakékoli ztráty výkonu. „Klíčovou inovací je, že systém nachází odpověď samostatně, bez nutnosti nepřetržitého přísunu energie,“ dodal Woods. Ačkoli zpracování kapalin zatím nenahradí vysokorychlostní chytré telefony, absolutní rychlost nikdy nebyla primárním cílem. „Reakce ve zkumavce probíhá rychle, ale ne tak rychle jako v křemíku, a to ani není záměr. Ve srovnání s jinými DNA počítači je však ten náš nejrychlejší,“ řekl Dr. Eshra. Tým na Mnichovské univerzitě, financovaný projektem Evropské inovační rady (DISCO) v hodnotě 4 milionů eur , si klade za cíl umožnit aplikace, které dříve nebyly s elektronickými čipy možné. DNA nabízí bezprecedentní hustotu úložiště a zároveň zachovává biokompatibilitu. Budoucí verze by mohly uchovávat husté digitální archivy trvající tisíciletí nebo dokonce cirkulovat v lidském krevním oběhu, aby identifikovaly nemoci buňku po buňce.
