Zespołowi naukowców pod przewodnictwem badaczy z Uniwersytetu Caltech udało się zrobić mały, ale znaczący krok w rozwoju swobodnie programowalnych komputerów chemicznych. Jako podstawowe elementy obliczeniowe w takich układach wykorzystuje się zbiory DNA, które ze swej naturalnej istoty posiadają zdolność samoorganizacji i wzrostu. Aby systemy komputerowe oparte na DNA mogły działać, wystarczy ciepła, słonawa woda, algorytm wzrostu zakodowany w DNA i podstawowy zestaw sekwencji DNA.
Do tej pory „obliczenia” DNA odbywały się wyłącznie przy użyciu pojedynczej sekwencji. Obecne metody nie nadawały się do arbitralnych obliczeń. Naukowcom z Caltech udało się pokonać to ograniczenie i zaprezentowali technologię umożliwiającą wykonywanie dowolnych algorytmów przy użyciu jednego podstawowego zestawu warunkowo logicznych elementów DNA i próbki 355 podstawowych sekwencji DNA odpowiedzialnych za algorytm „obliczeń” – analoga instrukcji komputerowych. Do roztworu soli wprowadza się logiczne „ziarno” i zestaw „instrukcji”, po czym rozpoczynają się obliczenia – montaż sekwencji.
Podstawowym elementem, czyli „ziarnem” jest fałd DNA (origami DNA) – nanorurka o długości 150 nm i średnicy 20 nm. Struktura „ziarna” pozostaje praktycznie niezmieniona niezależnie od algorytmu, który zostanie obliczony. Obwód „nasienia” kształtuje się w taki sposób, że na jego końcu rozpoczyna się składanie sekwencji DNA. Wiadomo, że rosnąca nić DNA składa się z sekwencji, które odpowiadają proponowanym sekwencjom pod względem struktury molekularnej i składu chemicznego, a nie losowo. Ponieważ obwód „nasienia” jest reprezentowany w postaci sześciu bramek warunkowych, z których każda ma dwa wejścia i dwa wyjścia, wzrost DNA zaczyna podporządkowywać się zadanej logice (algorytmowi), którą, jak wspomniano powyżej, reprezentuje dany zestaw sekwencji DNA składający się z 355 podstawowych sekwencji umieszczonych w opcjach rozwiązania.
Podczas eksperymentów naukowcy pokazali możliwość wykonania 21 algorytmów, m.in. liczenia od 0 do 63, wybierania lidera, wyznaczania dzielenia przez trzy i innych, choć nie wszystko ogranicza się do tych algorytmów. Proces obliczeniowy przebiega krok po kroku, w miarę jak nici DNA rosną na wszystkich sześciu wyjściach „nasienia”. Proces ten może trwać od jednego do dwóch dni. Wykonanie „nasiona” zajmuje znacznie mniej czasu - od godziny do dwóch. Wynik obliczeń można zobaczyć na własne oczy pod mikroskopem elektronowym. Rurka rozwija się w taśmę, na której w miejscach każdej wartości „1” w sekwencji DNA przyczepiona jest cząsteczka białka widoczna pod mikroskopem. Zera nie są widoczne pod mikroskopem.
Oczywiście w prezentowanej formie technologia jest daleka od wykonywania pełnoprawnych obliczeń. Na razie to tak, jakby czytać taśmę z dalekopisu, rozciągniętą na dwa dni. Technologia ta jednak działa i pozostawia wiele do poprawienia. Stało się jasne, w jakim kierunku możemy podążać i co należy zrobić, aby przybliżyć komputery chemiczne.
Źródło: 3dnews.ru