Главная » Железо » Учёные превратили ДНК в логические вентили: сделан шаг к химическим компьютерам

Учёные превратили ДНК в логические вентили: сделан шаг к химическим компьютерам

В качестве базовых вычислительных элементов в таких системах используются наборы ДНК, которые по своей природной сущности обладают способностью к самоорганизации и росту. Группа учёных под руководством исследователей из Калифорнийского технологического университета смогла сделать небольшой, но значимый шаг в разработке произвольно программируемых химических компьютеров. Всё, что надо для работы вычислительных систем на основе ДНК ― это тёплая солоноватая вода, закодированный в ДНК алгоритм роста и базовые стандартные наборы ДНК-последовательностей.

Вычисления с помощью ДНК подобно работе ткацкого станка, где каждый новый слой - это шаг исполненния одной команды (Erik Winfree/Caltech)

Вычисления с помощью ДНК подобны работе ткацкого станка, где каждый новый слой ― это шаг исполнения одной команды (Erik Winfree/Caltech)

Для произвольных вычислений действующие методики не годились. До сих пор «вычисления» с помощью ДНК проводились строго с использованием какой-либо одной последовательности. В солевой раствор вносится логическое «семя» и набор «инструкций», после чего начинается расчёт ― сборка последовательности. Учёные из Калтеха (Caltech) смогли преодолеть это ограничение и представили технологию, которая может выполнять произвольные алгоритмы, используя один базовый набор из условно логических ДНК-элементов и отвечающую за алгоритм «расчёта» выборку из 355 базовых ДНК-последовательностей ― аналога компьютерных инструкций.

Примеры алгоритмов с использованием вентилей-ДНК и набором заданных последоваельностей

Примеры алгоритмов с использованием вентилей-ДНК и набором заданных последовательностей

Структура «семени» остаётся практически неизменной вне зависимости от алгоритма, который будет вычисляться. Базовый элемент или «семя» представляет собой ДНК-свёртку (ДНК оригами) ― это нанотрубка длиной 150 нм и диаметром 20 нм. Растущая нить ДНК, как известно, собирается из последовательностей, которые по молекулярной структуре и химическому составу подходят предложенным последовательностям, а не случайным образом. Периферия «семени» сформирована таким образом, что на его окончании стартует сборка последовательностей ДНК. Поскольку периферия «семени» представлена в виде шести условных вентилей, где каждый вентиль обладает двумя входами и двумя выходами, рост ДНК начинает подчиняться заданной логике (алгоритму) который, как уже сказано выше, представлен помещенным в раствор заданным набором ДНК-последовательностей из 355 базовых вариантов.

Процесс вычисления идёт шаг за шагом, по мере роста нитей ДНК на всех шести выходах «семени». Учёные в ходе опытов показали возможность исполнения 21 алгоритма, включая счёт от 0 до 63, выбор лидера, определение деления на три и другие, хотя этими алгоритмами всё не ограничивается. На изготовление «семени» уходит существенно меньше времени ― от часа до двух. Этот процесс может занимать от одних до двух суток. Трубка разворачивается в ленту, а на ленте в местах каждого значения «1» на последовательности ДНК присоединяется видимая в микроскоп молекула протеина. Результат расчётов можно воочию увидеть под электронным микроскопом. Нули в микроскоп не видны.

Развёрнутые последовательности ДНК после вычисления под электронным микроскопом (Damien Woods/Maynooth University)

Развёрнутые последовательности ДНК под электронным микроскопом после вычисления . Цифры ― это код алгоритма, выгравированный на «семени», а всё что справа от цифр ― это последовательность выполнения команд в виде выросших нитей ДНК. На ленте видны только единицы благодаря молекулам протеина (Damien Woods/Maynooth University)

Пока это похоже на чтение ленты с телетайпа, растянутое на двое суток. Безусловно, в представленном виде технология далека от выполнения полноценных расчётов. Стало понятно в каком направлении можно двигаться, и что необходимо делать для приближения химических компьютеров. Тем не менее, технология работает и оставляет за собой обширное поле для совершенствования.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

SEGA дополнила список игр Sega Mega Drive Mini — осталось раскрыть ещё 20 наименований

Среди них Earthworm Jim, Super Fantasy Zone и Contra: Hard Corps. Компания SEGA раскрыла следующие десять игр, которые будут предустановлены на Sega Mega Drive Mini. Но SEGA объявляет их постепенно, по десять за раз. Когда Sega Mega Drive Mini поступит ...

Успешно испытана переходная система миссии «ЭкзоМарс-2020»

С.А. Научно-производственное объединение им. Лавочкина» (АО «НПО Лавочкина»), как сообщает ТАСС, рассказало о работах, проводимых в рамках миссии «ЭкзоМарс-2020». В 2016 году к Красной планете отправился аппарат, включающий орбитальный модуль TGO и спускаемый модуль «Скиапарелли» (Schiaparelli). Напомним, что российско-европейский проект ...