تولید کامپیوترهای مبتنی بر مولکول مولد حیات، دی‌ان‌ای

تاریخچه

فکر اولیه دی‌ان‌ای رایانه زمانی آغاز شد که لئونارد آدلمن برای اولین بار نشان داد که محاسبات ریاضی را می‌توان با استفاده از دی‌ان‌ای هم انجام داد که این کار به جای استفاده از ماشین‌های معمول با استفاده از لوله‌های آزمایش و در آزمایشگاههای زیست‌شناسی انجام می‌شود. آدلمن برای شروع کار مسئلهٔ فروشنده دوره‌گرد را انتخاب کرد و تصمیم گرفت آن را به وسیله دی‌ان‌ای حل کند. به این دلیل که این یک مسئله NP-complete است و هیچ الگوریتمی که زمان اجرای آن چند جمله‌ای باشد پیدا نشده که با استفاده از آن بتوان با رایانه‌های معمول این مسئله را حل نمود توجه دانشمندان بیشتر به محاسبات از طریق دی‌ان‌ای جلب شد. نکتهٔ اصلی در روشی که آدلمن معرفی کرد امکان انجام بینهایت محاسبات موازی با استفاده از دی‌ان‌ای بود.

نقش آدلمن در پیدایش محاسبات دی‌ان‌ای

در سال ۱۹۹۴ آدلمن پیشنهاد استفاده از دی‌ان‌ای در حل مسائل ریاضی را داد. او بعد از انجام یک سری تحقیقات دریافت که دی‌ان‌ای توانایی انجام محاسبات ریاضی را دارد. در حقیقت دی‌ان‌ای در انجام ذخیره اطلاعات شباهت زیادی به هارد دیسک کامپیوتر دارد. آدلمن را حتی کاشف این خاصیت می‌نامند. مقاله او در ژورنال ساینس در سال ۱۹۹۴ به توضیح این پرداخت که چگونه می‌توان از دی‌ان‌ای برای حل مسئله مسیر همیلتن استفاده کرد. آدلمن این مسئله را با هفت شهر و با محاسبات دی‌ان‌ای انجام داد. قدم‌هایی که او برای این کار انجام داد عبارتند از:

او رشته‌های داخل دی‌ان‌ای‌ها را به عنوان شهرها انتخاب کرد. در ژنتیک، کدها با حروف A، T، C و G مشخص می‌شوند. ترکیب این حروف شهرها و مسیرهای گذر از آن‌ها را مشخص می‌کرد.
هر کدام از این مولکولهایی که یک مسیر را مشخص می‌کند با متصل شدن به هم جواب‌های احتمالی مسئله را نشان می‌دهند.
جواب‌های اشتباه طی یک واکنش شیمیایی از بین می‌روند.

این آزمایش نشان داد که دی‌ان‌ای قابلیت انجام محاسبات ریاضی را دارد ولی استفاده از آن‌ها در این حد هرگز نمی‌تواند با کامپیوترهای سیلیکونی رقابت کند.

قابلیت ذخیره‌سازی اطلاعات و قابلیت پردازش دی‌ان‌ای

نوکلئیک اسیدها به خاطر چگالی و تاثیرگذاری و سرعتشان مورد استفاده قرار می‌گیرند. مولکول‌های دی‌ان‌ای می‌توانند حجم بسیار بالایی از اطلاعات را ذخیره کنند برای مثال اطلاعات موجود در یک گرم دی‌ان‌ای معادل اطلاعات ذخیره شده در یک تریلیون CD است. بیشتر رایانه‌های الکترونیکی به صورت سری کار می‌کنند و اطلاعات یک بلاک از حافظه را بعد از یک بلاک دیگر و همینطور به دنبال هم پردازش می‌کنند. اما واکنش‌های شیمیایی کاملاً موازی هستند. یک قسمت از یک فعالیت شیمیایی می‌تواند روی تریلیون‌ها رشتهٔ دی‌ان‌ای به صورت همزمان انجام شود. با اینکه یک دی‌ان‌ای رایانه برای انجام یک محاسبهٔ ریاضی کوچک زمان بیشتری نسبت به یک رایانه معمولی صرف می‌کند اما در این زمان عملیات را به تعداد بیشماری انجام می‌دهد و در ضمن انرژی و فضای بسیار کمتری نیاز دارد.

احتمالاً مهمترین ابزارهای محاسباتی از طریق دی‌ان‌ای می‌توانند باعث انقلاب بزرگی در عرصهٔ علوم درمانی و داروسازی شوند. مثلاً در آینده ممکن است با قرار دادن دی‌ان‌ای رایانه‌ها در بدن انسان‌ها از سلامتی آنها مطمئن شد.

منبع : ویکی پدیا

تحقق رویایی ۱۰ ساله: تولید کامپیوترهای مبتنی بر دی‌ان‌ای :

تولید کامپیوتری که مبتنی بر مولکول مولد حیات، دی‌ان‌ای باشد، رویای دیرینه دانشمندان بوده که حالا بیش از همیشه به واقعیت نزدیک شده است. کامپیوتر مبتنی بر دی‌ان‌ای می‌تواند مجموعه بی‌کرانی از محاسبات را همزمان انجام دهد.
دانشمندان در دانشگاه منچستر در پروژه‌ای به سرپرستی پروفسور راس کینگ، یک سیستم کامپیوتری مبتنی بر د‌ی‌ان‌ای (DNA) ساخته‌اند و به این ترتیب به رویایی که عمر آن به بیش از یک دهه می‌رسد جامه واقعیت پوشانده‌اند

دی‌ان‌ای که در فارسی به آن «دنا» هم می‌گویند، مولکولی با قابلیت ذخیره‌سازی طولانی‌مدت اطلاعاتی ژنتیکی است. دنا در واقع کد مولد حیات است و همه دستورهای ژنتیکی توسعه و عملکرد همه موجودات زنده و بسیاری از ویروس‌ها را کدگذاری می‌کند. دانشمندان از مدت‌ها پیش در افق می‌دیدند که می‌توان از دی‌ان‌ای برای اجرای وظایف دیگر هم بهره گرفت.

همان‌طور که چهار پروتئین کلیدی دی‌ان‌ی را می‌توان تلفیق کرد تا به گلبول‌های سفید خون فرمان حمله به ویروس‌ها را بدهند یا رشد موها را تسریع کنند، در تئوری می‌توان از آنها برای آنالیز حجم عظیمی از داده‌های آب‌وهوایی هم بهره گرفت.

کامپیوترهای کنونی از مجموعه‌ای متناهی از پردازشگرها برای اجرای عملیات گوناگون بهره می‌گیرند، اما تفاوت یک سیستم کامپیوتری مبتنی بر مولکول‌های دی‌ان‌ای این است که می‌تواند نسخه‌های بیشتری از خود را تولید کند و رشد دهد تا مجموعه‌ای بی‌کران از محاسبات را همزمان به انجام برساند. با کامپیوترهای مبتنی بر دنا، دیگر خبری از محدودیت‌های موجود نخواهد بود.

کامپیوترهای کوانتومی هم امروزه می‌توانند ماموریت پردازش همزمان را انجام دهند، اما برای این کار نیازمند تنظیمات و پیکربندی‌های ویژه‌ای هستند که کارآیی آنها را محدود می‌کند. کامپیوترهای مبتنی بر دی‌ان‌ای از هر محدودیتی به دورند.

پروفسور راس کینگ، سرپرست این پروژه آینده‌ساز، در گفت‌وگو با مجله «پاپیولار مکانیکس» گفت: «تصور کنید که کامپیوتری در حال جست‌وجو در مجموعه‌ای عظیم و سرسام‌آور است و به نقطه‌ای می‌رسد که باید دست به انتخاب بزند؛ یک راه به چپ می‌رود و راه دیگر به راست. کامپیوترهای الکترونیکی باید ابتدا مسیری را که قرار است دنبال کنند، انتخاب کرده باشند. اما این کامپیوتر جدید نیازی به انتخاب ندارد چون می‌تواند خودش را بازتولید کند و از این طریق هر دو مسیر را همزمان دنبال کند؛ بنابراین پاسخ را هم بسیار سریع‌تر خواهد یافت.»

اگر کامپیوتر شخصی یا لپ‌تاپ شما به جای سیلیکون از مولکول‌های دی‌ان‌ای استفاده کند، قابلیت پردازشش هزاران برابر خواهد شد و مصرف انرژی آن به‌طور خیره‌کننده‌ای کاهش خواهد یافت.

البته کامپیوترهای مبتنی بر دی‌ان‌ای به این زودی‌ها در دسترس عموم قرار نخواهند گرفت، اما آنچه در دانشگاه منچستر تولید شده گامی بلند است به سوی توسعه کامپیوترهای فوق‌سریع و به غایت کم‌مصرف آینده.

منبع : دویچه وله

——————————————————————————————————————————————————————————————————–

آدرس و اسامی صفحات مرتبط با مجموعه عصر آنارشیسم The names and addresses that related to anarchism era website