Naukowcy z Caltech zrobili niewielki, ale ważny krok w kierunku wykorzystania potencjału obliczeń chemicznych, konstruując pierwszy szeroko programowalny komputer DNA.
System wykonuje szeroką gamę 6-bitowych programów przy użyciu zestawu instrukcji zapisanych w DNA. Badacze wykorzystali go do wykonania 21 programów testowych, chociaż system jest zdolny do obsłużenia znacznie większej ilości. Poprzednie schematy komputerowe były systemami na zamówienie, zdolnymi do rozwiązania tylko jednego problemu, dla którego zostały zaprojektowane.
Nowy system, który składa się tylko z DNA i słonej wody, raczej nie znajdzie zastosowania technologicznego. Jest to jednak krok w kierunku opracowania materii, w której oprogramowanie automatycznie kieruje powstawaniem materiałów o złożonych, programowalnych funkcjach w nanoskali.
Czytaj też: Sen naprawia uszkodzone DNA
DNA tworzy strukturę przypominającą drabinę złożoną z dwóch długich linii. Każde pasmo to sekwencja czterech substancji chemicznych. Komputer wykorzystuje fakt, że jednoniciowe DNA będzie próbowało połączyć się z innymi niciami posiadającymi pasującą sekwencję. Zespół Caltech skonstruował swoje sekwencje DNA, aby działały tak jak bramki logiczne z dwoma wejściami i dwoma wyjściami. Pięć z tych bramek jest połączonych, tworząc warstwę, która wykonuje żądane obliczenia z 6 wejściami i 6 wyjściami. Ale jedna warstwa samodzielnie nie jest w stanie wykonać obliczeń. Zamiast tego, szereg funkcjonalnie identycznych warstw, z wyjściami z jednej połączonymi z wejściami z drugiej, wykonują obliczenia iteracyjnie aż do uzyskania zbieżności.
Uruchomienie programu na tym 6-bitowym komputerze DNA rozpoczyna się od kompilatora. Pozwala to badaczom na napisanie dowolnego algorytmu i przełożenia go na różne poziomy abstrakcji. Kluczem w całych badaniach okazały się tzw. struktury origami. Teraz kolei na dalsze badania w tej dziedzinie, które w przyszłości powinny doprowadzić do powstania programowalnych maszyn chemicznych.
[Źródło: spectrum.ieee.org; grafika: Maynooth University]
Czytaj też: Naukowcy stworzyli syntetyczne DNA z 4 dodatkowymi literkami
