Oamenii de știință au creat un computer pe bază de ADN care realizează calcule cu miliarde de molecule dintr-o picătură de apă

Pe scurt:

• Oamenii de știință au creat un computer pe bază de ADN care realizează calcule folosind miliardele de molecule dintr-o picătură de apă.
• Sistemul Scaffolded DNA Computer (SDC) folosește interacțiuni moleculare și termodinamică pentru a procesa informația cu un consum energetic redus.
• SDC a efectuat peste 700 de calcule, inclusiv operații pe 100 de biți, cu timpi de execuție între 30 de secunde și 14 ore.
• Computerul ADN este reutilizabil, poate fi repornit după perioade lungi și are potențial pentru stocarea moleculară a datelor și aplicații în celule vii.

Computer ADN pentru calcul molecular și stocare date ADN

Oamenii de știință au dezvoltat un computer ADN capabil să realizeze calcule folosind miliardele de molecule dintr-o picătură de apă. Acest sistem valorifică legile fizicii pentru a crea un model de calcul mai eficient energetic decât computerele convenționale, deși performanța sa este încă limitată, conform unui studiu publicat în revista Nature.

Funcționarea computerului ADN

Computerul cu ADN funcționează prin stabilirea unei stări energetice favorabile care reprezintă răspunsul corect. Spre deosebire de alte biocomputere care consumă energie continuu, acest sistem consumă mai puțină energie pentru a găsi soluția. Moleculele de ADN concurează pentru a se lega de o structură-suport, iar interacțiunile lor procesează informația și execută calculul.

Sistemul, denumit Scaffolded DNA Computer (SDC), a fost testat cu 10 programe, inclusiv calcule pe 100 de biți. Operații simple, precum 10 + 3, au fost rezolvate în aproximativ 30 de secunde. Deși aplicațiile practice sunt încă ipotetice, cercetătorii menționează potențialul pentru stocarea moleculară a datelor și dezvoltarea unor dispozitive funcționale în interiorul celulelor vii.

Structura și programarea calculului molecular

SDC este format din segmente scurte de ADN care interacționează cu o structură-suport mai mare. Catenele sunt plasate într-o cantitate mică de apă sărată, apoi încălzite și răcite. Pe măsură ce interacționează, acestea se asamblează conform unor reguli programate, care definesc calculul. Secvențele ADN determină modul în care catenele se atașează pe structura-suport, programând astfel operația dorită.

Fiecare program corespunde unui set specific de catene ADN, iar schimbarea acestora permite modificarea calculelor sau a datelor de intrare. Termodinamica joacă un rol esențial, deoarece sistemul evoluează spre starea energetică cea mai stabilă, codificând rezultatul calculului prin interacțiunile moleculare.

Performanțe și perspective pentru stocare date ADN

Deși computerul ADN este mic, numărul de catene implicate este uriaș, o picătură de lichid conținând miliarde sau trilioane de molecule. Cercetătorii au realizat peste 700 de calcule, inclusiv operații de adunare, înmulțire și detectare a parității pe opt biți. Calculele simple se finalizează în mai puțin de un minut, iar cele complexe pot dura până la 14 ore.

SDC este reutilizabil, spre deosebire de alte biocomputere, și funcționează prin combinarea naturală a moleculelor, fără reacții chimice sincronizate sau combustibili moleculari. Unele programe au fost reluate cu succes de până la 24 de ori, iar sistemul a fost repornit chiar și după un an și jumătate prin adăugarea de apă.

Lucrarea demonstrează că termodinamica poate fi folosită pentru calcule utile și deschide noi direcții în stocarea datelor pe ADN. Cercetătorii lucrează la îmbunătățirea structurilor-suport, a metodelor de citire și la explorarea aplicațiilor practice în acest domeniu.

Sursa originală a acestui articol este https://www.g4media.ro/oamenii-de-stiinta-au-construit-un-computer-pe-baza-de-adn-capabil-sa-efectueze-calcule-folosind-miliardele-de-molecule-dintr-o-picatura-de-apa.html (link)