پژوهشگران دانشگاه ملی ایرلند (Maynooth University)، یک رایانه مولکولی DNA «بینظیر» خلق کردهاند که از رشتههای DNA برای انجام عملیات پیچیده ریاضی بدون نیاز به الکتریسیته استفاده میکند. این سیستم که جزئیات آن در تاریخ ۱۶ سپتامبر در مجله نیچر (Nature) منتشر شده، «رایانه DNA داربستی» یا SDC نام دارد و یکی از پیچیدهترین و سریعترین رایانههای مولکولی محسوب میشود.
به گفته محققان، این سیستم «به امکانات جدیدی برای ذخیرهسازی دادههای بلندمدت، محاسبات کممصرف انرژی و در آینده، سیستمهای مولکولی که میتوانند برای کاربردهایی مانند تشخیص بیماری در داخل سلولها عمل کنند، اشاره دارد.» این سیستم با موفقیت ۱۰ برنامه مولکولی مختلف، از جمله محاسبات پیچیده ۱۰۰ بیتی را اجرا کرد.
محققان این رایانه را از طریق تکنیک شناختهشدهای به نام اوریگامی DNA (DNA origami) طراحی کردند. با استفاده از نرمافزارهای تخصصی، آنها یک رشته اصلی طولانی DNA و صدها رشته «منگنه» کوتاهتر و سفارشیسازی شده را ترسیم کردند. سپس رشتههای فیزیکی DNA را به یک لوله آزمایش حاوی یک قطره آب و نمک اضافه کردند.
هنگامی که آنها مخلوط را گرم و سپس سرد کردند، رشتهها به صورت خودکار در یک شبکه محاسباتی میکروسکوپی و بسیار سازمانیافته مونتاژ شدند، به طوری که رشته طولانی به عنوان یک داربست ساختاری عمل میکرد.
رایانههای سنتی مبتنی بر سیلیکون (Silicon) از ترانزیستورها برای جابجایی ولتاژهای الکتریکی بین ۱ و ۰ استفاده میکنند. از سوی دیگر، رایانه مولکولی از اتصال و جداسازی جفتبازهای ژنتیکی (A، T، C و G) برای پردازش اطلاعات استفاده میکند.
پژوهشگران برنامه را قبل از قرار دادن در لوله آزمایش و اعمال گرما، در خود توالیهای DNA مینویسند. انرژی گرمایی واکنشهای شیمیایی را آغاز میکند و باعث میشود رشتههای DNA دوباره مرتب شوند.
همانطور که مولکولها به طور طبیعی به سمت پایدارترین حالت ساختاری خود حرکت میکنند، الگوریتم برنامهریزیشده را به صورت ریاضی حل میکنند و ساختار نهایی نشاندهنده پاسخ ریاضی است.
محققان ۱۰ برنامه مولکولی مختلف را برای آزمایش سیستم اجرا کردند. رایانه DNA با موفقیت جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را انجام داد.
این سیستم با موفقیت محاسبات ۱۰۰ بیتی را پردازش کرد و ثابت کرد که میتواند دادههای پیچیده را به طور قابل اعتماد و بدون خطا مدیریت کند. از آنجایی که سیستم توسط قوانین فیزیک محدود شده است، نیاز به نرمافزار تصحیح خطا را از بین میبرد.
نکته مهمتر اینکه، این محاسبات به صفر برق نیاز دارد زیرا رایانه با واکنشهای شیمیایی کار میکند. این امر میتواند پتانسیل عظیمی برای آینده محاسبات داشته باشد، به ویژه در کشور مبدأ محققان، ایرلند، جایی که مراکز داده (Data Centers) در سال ۲۰۲۵ نزدیک به ۲۳ درصد از برق کشور را مصرف کردند.
منبع: tomshardware.com