Molekulinis DNR kompiuteris: skaičiavimai be elektros

Įsivaizduokite mažą, dulkelės dydžio mašiną, galinčią skaičiuoti be kištuko ar baterijos. Skamba kaip mokslinė fantastika? Airijos Maynooth universiteto mokslininkai sukūrė būtent tokią: molekulinį kompiuterį iš DNR grandinėlių, kuris atlieka skaičiavimus per chemiją, o ne elektros srovę.

Triukas yra DNR origami. Mokslininkai naudoja projektavimo programinę įrangą, kad užprogramuotų ilgą atraminę grandinę ir dešimtis, net šimtus trumpų, individualių 'tvirtinimo' grandinėlių. Įmeskite jas į sūresnį lašelį vandens, ciklinkite temperatūrą, ir grandinėliai sulinks ir suklijuosis į tikslią mikroskopinę struktūrą. Ilga grandinė veikia kaip pastatų karkasas, o trumpos grandinės fiksuoja formą. Rezultatas yra fizinė tinklo sistema, galinti vykdyti skaičiavimus.

Tai, kas šį sprendimą daro daugiau nei išradingu surinkimu, yra tai, kaip veikia logika. Vietoje tranzistorių, perjungiamų elektronais, cheminės reakcijos perneša informaciją tarp molekulinių komponentų. Maynooth komanda savo sistemoje paleido dešimt skirtingų molekulinių programų. Ji atliko pagrindines aritmetines operacijas: sudėtį, atimtį, daugybą, dalybą, ir, kas ypač įspūdinga, apdorodama 100 bitų skaičiavimus. Elektros energija nereikalinga. Apdorojimas vyksta, kol reakcijos progresuoja ir struktūros pertvarkomos.

Kodėl tai svarbu? Pirmiausia dėl energijos. Šios sistemos skaičiuoja beveik nenaudodamos energijos, tad jos patrauklios itin maitos energijos užduotims ir aplinkoms, kur tradicinė energija yra ribota. Taip pat dėl mastelio ir ilgaamžiškumo: DNR yra tanki ir patvari, todėl jau seniai laikoma kandidatė ilgalaikiam duomenų saugojimui. Be to, yra ir intymesnė galimybė - integruoti molekulinį skaičiavimą į gyvas ląsteles jautrumui ar diagnostikai, kur elektroninė įranga tiesiog negali pasiekti.

Šis darbas, publikuotas žurnale „Nature“ ir apibendrintas skaitytojams įvairiuose leidiniuose, įskaitant Tom’s Hardware, yra ankstyvas, tačiau įtikinamas žingsnis link praktiškų molekulinių įrenginių. Priekyje laukia inžineriniai iššūkiai - greitis, klaidų dažnis ir sąsajos su įprastine elektronika, tačiau eksperimentas keičia diskusiją. Ar ateities jutikliai, archyvinės terpės ar net smulkios terapinės mašinos galėtų veikti chemijos pagrindu, o ne vario? Galbūt esame arčiau, nei manome.