پژوهشگران دانشگاه Maynooth موفق شدهاند نوع جدیدی از کامپیوتر مولکولی را توسعه دهند که بهجای تراشههای سیلیکونی از رشتههای DNA برای انجام محاسبات استفاده میکند. این سیستم میتواند عملیاتهایی مانند ضرب، تقسیم و جمع را انجام دهد و برای فعالیت به جریان برق مداوم نیاز ندارد.
این دستاورد که در مجله Nature منتشر شده، یکی از پیشرفتهترین نمونههای DNA Computing بهشمار میرود و نشان میدهد مولکولهای زیستی میتوانند نقش بخشهای محاسباتی یک سیستم را برعهده بگیرند.
کامپیوتری که داخل آب کار میکند
برخلاف کامپیوترهای معمولی، این سیستم از پردازنده، ترانزیستور یا مدارهای سیلیکونی استفاده نمیکند. ساختار آن از مجموعهای از رشتههای DNA در محلول آب تشکیل شده که با یکدیگر واکنش میدهند و نتیجه محاسبات را شکل میدهند.
برای آغاز محاسبه تنها مقدار کمی گرما نیاز است و پس از آن سیستم با حرکت به سمت حالت پایدارتر انرژی، مراحل محاسباتی خود را انجام میدهد.
پژوهشگران این معماری را Scaffolded DNA Computer یا SDC نامیدهاند. ایده اصلی این است که پاسخ صحیح از نظر ترمودینامیکی مطلوبتر از حالتهای اشتباه باشد؛ بنابراین ساختار مولکولی بهصورت طبیعی به سمت خروجی درست حرکت میکند.
از جمع ۲۵ بیتی تا محاسبات ۱۰۰ بیتی
تیم تحقیقاتی این کامپیوتر را با ۱۰ برنامه مختلف آزمایش کرده است.
از جمله آزمایشها میتوان به ضرب در ۳، تقسیم بر ۲، تشخیص Parity هشتبیتی و جمع دو عدد ۲۵ بیتی اشاره کرد.
جمع دو عدد ۲۵ بیتی در این سیستم در مجموع یک محاسبه ۱۰۰ بیتی محسوب میشود. نمونههای کوچکتر توانستهاند محاسبات خود را در کمتر از یک دقیقه کامل کنند.
پژوهشگران همچنین نشان دادهاند برخی از این برنامهها میتوانند با ورودیهای متفاوت تا ۲۵ مرتبه دوباره اجرا شوند؛ قابلیتی که برای سیستمهای مولکولی اهمیت زیادی دارد.
چرا کامپیوترهای DNA اهمیت دارند؟
کامپیوترهای امروزی برای انجام محاسبات پیچیده به تراشههایی نیاز دارند که میلیاردها ترانزیستور در آنها قرار گرفته است. هرچه حجم محاسبات بیشتر شود، مصرف انرژی و نیاز به سیستمهای خنککننده نیز افزایش پیدا میکند.
DNA در مقابل، قابلیت ذخیره حجم بسیار بالایی از اطلاعات در فضای بسیار کوچک را دارد و میتواند تعداد زیادی واکنش را بهصورت موازی انجام دهد.
سیستم جدید نیز بهجای استفاده از روشهای پرمصرف برای کنترل مداوم خطاها، طوری طراحی شده که حالت صحیح محاسبه از نظر انرژی پایدارتر باشد.
پژوهشگران معتقدند این روش میتواند برخی از مشکلات قدیمی کامپیوترهای مولکولی، از جمله خطاهای واکنش، نیاز به کنترل دقیق و آمادهسازی پیچیده را کاهش دهد.
البته این فناوری هنوز جایگزینی برای لپتاپها یا پردازندههای امروزی نیست. محاسبات بزرگتر همچنان زمان زیادی میبرند و تبدیل کامپیوترهای DNA به فناوری کاربردی در مقیاس وسیع نیازمند تحقیقات بیشتری است.
بااینحال، این پژوهش نشان میدهد آینده محاسبات لزوماً محدود به تراشههای سیلیکونی نیست و ممکن است بخشی از پردازشهای آینده توسط مولکولهایی انجام شود که اساس حیات را تشکیل میدهند.
دیدگاهها