Μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Caltech κατάφερε να κάνει ένα μικρό αλλά σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη ελεύθερα προγραμματιζόμενων χημικών υπολογιστών. Ως βασικά υπολογιστικά στοιχεία σε τέτοια συστήματα, χρησιμοποιούνται σύνολα DNA, τα οποία από τη φυσική τους ουσία έχουν την ικανότητα να αυτοοργανώνονται και να αναπτύσσονται. Το μόνο που χρειάζεται για να λειτουργήσουν τα υπολογιστικά συστήματα που βασίζονται στο DNA είναι ζεστό, υφάλμυρο νερό, ένας αλγόριθμος ανάπτυξης κωδικοποιημένος στο DNA και ένα βασικό σύνολο αλληλουχιών DNA.
Μέχρι τώρα, ο «υπολογισμός» με DNA γινόταν αυστηρά με χρήση μιας και μόνο αλληλουχίας. Οι τρέχουσες μέθοδοι δεν ήταν κατάλληλες για αυθαίρετους υπολογισμούς. Επιστήμονες από το Caltech κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό και παρουσίασαν μια τεχνολογία που μπορεί να εκτελέσει αυθαίρετους αλγόριθμους χρησιμοποιώντας ένα βασικό σύνολο λογικών στοιχείων DNA και ένα δείγμα 355 βασικών αλληλουχιών DNA που είναι υπεύθυνες για τον αλγόριθμο «υπολογισμού» - ένα ανάλογο οδηγιών υπολογιστή. Ένας λογικός «σπόρος» και ένα σύνολο «οδηγιών» εισάγονται στο αλατούχο διάλυμα, μετά το οποίο αρχίζει ο υπολογισμός - η συναρμολόγηση της ακολουθίας.
Το βασικό στοιχείο ή «σπόρος» είναι μια πτυχή DNA (DNA origami) - ένας νανοσωλήνας μήκους 150 nm και διαμέτρου 20 nm. Η δομή του «σπόρου» παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητη ανεξάρτητα από τον αλγόριθμο που θα υπολογιστεί. Η περιφέρεια του «σπόρου» σχηματίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε στο τέλος του να αρχίζει η συναρμολόγηση των αλληλουχιών DNA. Ο αναπτυσσόμενος κλώνος του DNA είναι γνωστό ότι συναρμολογείται από αλληλουχίες που ταιριάζουν με τις προτεινόμενες αλληλουχίες σε μοριακή δομή και χημική σύνθεση, και όχι τυχαία. Δεδομένου ότι η περιφέρεια του «σπόρου» αναπαρίσταται με τη μορφή έξι πυλών υπό όρους, όπου κάθε πύλη έχει δύο εισόδους και δύο εξόδους, η ανάπτυξη του DNA αρχίζει να υπακούει σε μια δεδομένη λογική (αλγόριθμο) η οποία, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αντιπροσωπεύεται από ένα δεδομένο σύνολο αλληλουχιών DNA από 355 βασικές τοποθετημένες σε επιλογές λύσης.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, οι επιστήμονες έδειξαν τη δυνατότητα εκτέλεσης 21 αλγορίθμων, συμπεριλαμβανομένης της μέτρησης από το 0 έως το 63, της επιλογής ενός ηγέτη, του προσδιορισμού της διαίρεσης με τρεις και άλλους, αν και όλα δεν περιορίζονται σε αυτούς τους αλγόριθμους. Η διαδικασία υπολογισμού προχωρά βήμα προς βήμα, καθώς οι κλώνοι του DNA αναπτύσσονται και στις έξι εξόδους του «σπόρου». Αυτή η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει από μία έως δύο ημέρες. Η δημιουργία ενός «σπόρου» απαιτεί σημαντικά λιγότερο χρόνο - από μία ώρα έως δύο. Το αποτέλεσμα των υπολογισμών μπορεί να φανεί με τα μάτια σας κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Ο σωλήνας ξεδιπλώνεται σε ταινία και στην ταινία, στις θέσεις κάθε τιμής «1» στην αλληλουχία DNA, προσαρτάται ένα μόριο πρωτεΐνης ορατό κάτω από ένα μικροσκόπιο. Τα μηδενικά δεν είναι ορατά με μικροσκόπιο.
Φυσικά, στην παρουσιαζόμενη μορφή της, η τεχνολογία απέχει πολύ από το να πραγματοποιήσει πλήρεις υπολογισμούς. Μέχρι στιγμής είναι σαν να διαβάζεις μια κασέτα από έναν τηλετύπο, που εκτείνεται σε δύο ημέρες. Ωστόσο, η τεχνολογία λειτουργεί και αφήνει πολλά περιθώρια βελτίωσης. Έγινε σαφές προς ποια κατεύθυνση μπορούμε να κινηθούμε και τι πρέπει να γίνει για να φέρουμε τους χημικούς υπολογιστές πιο κοντά.
Πηγή: 3dnews.ru