تمكن فريق من العلماء بقيادة باحثين من جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا من اتخاذ خطوة صغيرة ولكنها مهمة في تطوير أجهزة كمبيوتر كيميائية قابلة للبرمجة بحرية. كعناصر حسابية أساسية في مثل هذه الأنظمة، يتم استخدام مجموعات من الحمض النووي، والتي تتمتع بجوهرها الطبيعي بالقدرة على التنظيم الذاتي والنمو. كل ما تحتاجه أنظمة الحوسبة المعتمدة على الحمض النووي لكي تعمل هو الماء الدافئ المالح، وخوارزمية النمو المشفرة في الحمض النووي، ومجموعة أساسية من تسلسلات الحمض النووي.
حتى الآن، كانت "حوسبة" الحمض النووي تتم بشكل صارم باستخدام تسلسل واحد. الأساليب الحالية لم تكن مناسبة للحسابات التعسفية. تمكن علماء من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا من التغلب على هذا القيد وقدموا تقنية يمكنها تنفيذ خوارزميات تعسفية باستخدام مجموعة أساسية واحدة من عناصر الحمض النووي المنطقية المشروطة وعينة مكونة من 355 تسلسلًا أساسيًا للحمض النووي المسؤول عن خوارزمية "الحساب" - وهو ما يشبه تعليمات الكمبيوتر. يتم إدخال "بذرة" منطقية ومجموعة من "التعليمات" في المحلول الملحي، وبعد ذلك يبدأ الحساب - تجميع التسلسل.
العنصر الأساسي أو "البذرة" هو طية الحمض النووي (أوريغامي الحمض النووي) - أنبوب نانوي يبلغ طوله 150 نانومتر وقطره 20 نانومتر. تظل بنية "البذرة" دون تغيير تقريبًا بغض النظر عن الخوارزمية التي سيتم حسابها. يتم تشكيل محيط "البذرة" بطريقة تبدأ في نهايتها تجميع تسلسل الحمض النووي. من المعروف أن خيط الحمض النووي المتنامي يتم تجميعه من تسلسلات تتطابق مع التسلسلات المقترحة في التركيب الجزيئي والتركيب الكيميائي، وليس بشكل عشوائي. وبما أن محيط "البذرة" يتم تمثيله على شكل ستة بوابات شرطية، حيث يكون لكل بوابة مدخلين ومخرجين، فإن نمو الحمض النووي يبدأ في الانصياع لمنطق معين (خوارزمية) والذي، كما ذكرنا أعلاه، يمثله مجموعة معينة من تسلسلات الحمض النووي المكونة من 355 تسلسلًا أساسيًا موضوعة في خيارات الحل.
وأظهر العلماء خلال التجارب إمكانية تنفيذ 21 خوارزمية، منها العد من 0 إلى 63 واختيار القائد وتحديد القسمة على ثلاثة وغيرها، رغم أن كل شيء لا يقتصر على هذه الخوارزميات. تتم عملية الحساب خطوة بخطوة، حيث تنمو خيوط الحمض النووي على جميع النواتج الستة لـ "البذرة". يمكن أن تستغرق هذه العملية من يوم إلى يومين. يستغرق صنع "البذرة" وقتًا أقل بكثير - من ساعة إلى ساعتين. يمكن رؤية نتيجة الحسابات بأم عينيك تحت المجهر الإلكتروني. يُفتح الأنبوب على شكل شريط، وعلى الشريط، في مواقع كل قيمة "1" في تسلسل الحمض النووي، يتم ربط جزيء بروتين مرئي تحت المجهر. الأصفار غير مرئية من خلال المجهر.
وبطبيعة الحال، في شكلها المعروض، فإن التكنولوجيا بعيدة كل البعد عن إجراء حسابات كاملة. حتى الآن، يبدو الأمر مثل قراءة شريط من آلة كاتبة، ممتد على مدى يومين. ومع ذلك، فإن التكنولوجيا تعمل وتترك مجالًا كبيرًا للتحسين. أصبح من الواضح في أي اتجاه يمكننا التحرك، وما يجب القيام به لتقريب أجهزة الكمبيوتر الكيميائية.
المصدر: 3dnews.ru