Caltechin yliopiston tutkijoiden johtama tutkijaryhmä pystyi ottamaan pienen mutta merkittävän askeleen vapaasti ohjelmoitavien kemiallisten tietokoneiden kehittämisessä. Tällaisissa järjestelmissä laskennallisina peruselementteinä käytetään DNA-joukkoja, joilla on luonnollisen olemuksensa perusteella kyky organisoitua ja kasvaa. DNA-pohjaisten laskentajärjestelmien toimintaan tarvitaan vain lämmintä murtovettä, DNA:han koodattu kasvualgoritmi ja perussarja DNA-sekvenssejä.
Tähän asti "laskeminen" DNA:n kanssa on tehty tiukasti käyttämällä yhtä sekvenssiä. Nykyiset menetelmät eivät sovellu mielivaltaisiin laskelmiin. Caltechin tutkijat pystyivät voittamaan tämän rajoituksen ja esittelivät tekniikan, joka voi suorittaa mielivaltaisia algoritmeja käyttämällä yhtä ehdollisen loogisen DNA-elementin perusjoukkoa ja näytettä 355 perus-DNA-sekvenssistä, jotka vastaavat "laskenta"-algoritmista - tietokonekäskyjen analogista. Looginen "siemen" ja joukko "ohjeita" lisätään suolaliuokseen, jonka jälkeen laskenta alkaa - sekvenssin kokoaminen.
Peruselementti eli "siemen" on DNA-laskos (DNA origami) - nanoputki, jonka pituus on 150 nm ja halkaisija 20 nm. "Siemenen" rakenne pysyy käytännössä muuttumattomana laskettavasta algoritmista riippumatta. "Siemenen" reuna muodostuu siten, että sen lopussa alkaa DNA-sekvenssien kokoaminen. Kasvavan DNA-juosteen tiedetään koottavan sekvensseistä, jotka vastaavat ehdotettuja sekvenssejä molekyylirakenteen ja kemiallisen koostumuksen suhteen, eikä satunnaisesti. Koska "siemenen" reuna on esitetty kuuden ehdollisen portin muodossa, joissa jokaisella portilla on kaksi tuloa ja kaksi lähtöä, DNA:n kasvu alkaa noudattaa tiettyä logiikkaa (algoritmia), jota, kuten edellä mainittiin, edustaa annettu 355 perussekvenssin DNA-sekvenssi, joka on sijoitettu ratkaisuvaihtoehtoihin.
Kokeiden aikana tutkijat osoittivat mahdollisuuden suorittaa 21 algoritmia, mukaan lukien laskeminen 0-63, johtajan valitseminen, jaon määrittäminen kolmella ja muut, vaikka kaikki ei rajoitu näihin algoritmeihin. Laskentaprosessi etenee askel askeleelta, kun DNA-säikeet kasvavat "siemenen" kaikissa kuudessa ulostulossa. Tämä prosessi voi kestää yhdestä kahteen päivää. "Siemenen" tekeminen vie huomattavasti vähemmän aikaa - tunnista kahteen. Laskelmien tulos voidaan nähdä omin silmin elektronimikroskoopin alla. Putki avautuu nauhaksi, ja nauhalle kiinnitetään DNA-sekvenssin jokaisen "1"-arvon kohdalle mikroskoopilla näkyvä proteiinimolekyyli. Nollat eivät näy mikroskoopilla.
Tietenkin, esitetyssä muodossaan tekniikka ei ole kaukana täysimittaisten laskelmien suorittamisesta. Toistaiseksi se on kuin lukisi nauhaa teletypestä, venytettynä kahdelle päivälle. Tekniikka kuitenkin toimii ja jättää paljon parantamisen varaa. Tuli selväksi, mihin suuntaan voimme edetä ja mitä on tehtävä kemiallisten tietokoneiden tuomiseksi lähemmäksi.
Lähde: 3dnews.ru