قابلیت‌های منحصر به فرد دی ان‌ای به عنوان پایه‌ای برای یک کامپیوتر بیولوژیکی

به گزارش مجله خبری نگار،در سال‌های اخیر، مهندسان نقش کاملاً جدیدی را برای قابلیت‌های منحصر به فرد دی ان ای، به عنوان پایه‌ای برای یک کامپیوتر بیولوژیکی، کشف کرده اند. با وجود گذشت ۳۰ سال از اولین نمونه اولیه، اکثر کامپیوتر‌های دی ان‌ای برای پردازش بیش از چند الگوریتم مناسب با مشکل مواجه شده اند.

اکنون گروهی از محققان چینی به یک مدار مجتمع (DIC) دی ان‌ای دست یافته اند که هدف کلی تری دارد. گیت‌های کامپیوتر مایع آن‌ها می‌تواند ۱۰۰ میلیارد مدار را تشکیل دهد که تطبیق پذیری بالای آن را نشان می‌دهد که هر کدام قادر به اجرای برنامه خود هستند.

محاسبات دی ان‌ای پتانسیل ایجاد ماشین‌هایی را دارد که جهش‌های قابل توجهی در سرعت و ظرفیت ارائه می‌دهند و مانند محاسبات کوانتومی، رویکرد‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان اتخاذ کرد. در اینجا، دانشمندان می‌خواستند چیزی بسازند که نسبت به تلاش‌های قبلی با طیف وسیع تری از کاربرد‌های بالقوه، سازگارتر باشد.

محققان در مقاله خود می‌نویسند: برنامه ریزی و مقیاس پذیری دو عامل مهم در دستیابی به محاسبات همه منظوره هستند. به گزارش سیناپرس، برنامه نویسی، مشخصات دستگاه را قادر می‌سازد تا الگوریتم‌های مختلف را انجام دهد، در حالی که مقیاس پذیری امکان مدیریت حجم فزاینده‌ای از کار را با افزودن منابع به سیستم فراهم می‌کند.

برای کار، تیم پژوهشی روی چیزی که آن‌ها آرایه‌های دروازه‌ای قابل برنامه ریزی مبتنی بر دی ان‌ای یا DPGA نامیدند، تمرکز کردند: بخش‌های کوتاهی از دی ان‌ای که با هم ثابت شده اند تا ساختار‌های بزرگ تری ایجاد کنند که می‌توان آن‌ها را در مدار‌های مجتمع از ترکیب‌های مختلف ساخت.این آرایه‌های قابل برنامه ریزی مبتنی بر دی ان‌ای با اختلاط رشته‌های دی ان‌ای با مایع بافر در لوله‌های آزمایش، با تکیه بر واکنش‌های شیمیایی برای ایجاد پیوست‌ها و ترکیب‌های مورد نیاز برای ساخت مدار‌های مجتمع که محققان در نظر داشتند، ساخته شدند.

برخی مدل سازی‌های دقیق نیز مورد نیاز بود تا نحوه مدیریت سیگنال‌های ورودی و خروجی و اجرای توابع منطقی، درست مانند یک کامپیوتر استاندارد، مشخص شود. به گزارش سیناپرس، به عنوان مثال، دانشمندان در طول آزمایشات خود توانستند مدار‌هایی برای حل معادلات درجه دوم و ریشه‌های مربع ایجاد کنند. محققان می‌گویند که در ادامه این خط، این سیستم‌ها را می‌توان برای اهدافی مانند تشخیص بیماری تطبیق داد.

علاوه بر این، سیستم‌های آزمایشی میزان تضعیف سیگنال یا کاهش تدریجی قدرت سیگنال را در حین حرکت نشان ندادند. این یکی دیگر از بخش‌های کلیدی توانایی ساخت رایانه‌های دی ان‌ای است که می‌توانند مقیاس و سازگار شوند.

محققان در خاتمه می‌نویسند: توانایی ادغام شبکه‌های قابل برنامه ریزی مبتنی بر دی ان‌ای در مقیاس بزرگ بدون تضعیف سیگنال آشکار، گامی کلیدی به سمت محاسبات دی ان‌ای همه منظوره است.

شرح کامل این تحقیق در آخرین شماره مجله تخصصی Nature منتشر شده است.