ข่าว บริษัท เกี่ยวกับ คอมพิวเตอร์ โมเลกุล ของ นักวิจัย ไอริช ใช้ DNA Origami

นักวิจัยสามคนจากสถาบันแฮมิลตันของไอร์แลนด์ได้ประดิษฐ์คอมพิวเตอร์ระดับโมเลกุล โดยใช้สาย DNA ที่มีปฏิสัมพันธ์กันซึ่งแขวนลอยอยู่ในน้ำ สามารถทำการคูณ หาร และบวกได้

ทีมงานประกอบด้วยศาสตราจารย์ Damien Woods, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. Abeer Eshra และ ดร. Tristan Stérin ได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขาในวารสาร Nature พวกเขากล่าวว่าการวิจัยนี้เปิดเส้นทางใหม่สำหรับการจัดเก็บข้อมูลระยะยาว การประมวลผลที่ประหยัดพลังงาน และในที่สุดระบบระดับโมเลกุลที่ทำงานภายในเซลล์เพื่อการใช้งานต่างๆ รวมถึงการตรวจจับโรค

                                                                          นักวิจัย DNA จาก Maynooth

แนวคิดนี้ดูเหมือนจะเรียบง่ายอย่างน่าประหลาดใจเมื่อมองภาพรวม แต่มีความซับซ้อนสูงในการนำไปปฏิบัติ นักวิจัยได้วางน้ำเค็มหยดหนึ่งลงในหลอดทดลองพร้อมกับชิ้นส่วน DNA สั้นๆ และโครงสร้าง DNA ที่ยาวกว่า การให้ความร้อนแล้วทำให้ส่วนผสมเย็นลงจะกระตุ้นให้ DNA ทำการคำนวณ Woods ให้ความเห็นว่า: “โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์กัน สร้างโครงสร้าง และโครงสร้างนั้นคือคำตอบ นวัตกรรมที่สำคัญอย่างหนึ่งคือระบบสามารถหาคำตอบนั้นได้เองโดยไม่ต้องใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง”

คอมพิวเตอร์ DNA แบบมีโครงสร้าง (SDC) ใช้สาย DNA โครงสร้างยาวเป็นแกนหลัก สาย DNA สั้นๆ หลายร้อยสายจะเชื่อมต่อที่จุดเชื่อมต่อที่ออกแบบไว้ล่วงหน้าเพื่อเข้ารหัสบิต การเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อแก้ไขข้อมูลเป็นอินพุตสำหรับโปรแกรมระดับโมเลกุล ปฏิสัมพันธ์ของ DNA มีพฤติกรรมที่คาดเดาได้ คล้ายกับตัวต่อเลโก้หรือโอริกามิ DNA และฮาร์ดแวร์แบบเปียกเดียวกันสามารถเรียกใช้โปรแกรมระดับโมเลกุลที่แตกต่างกันได้

การทำให้เย็นลงจะขับเคลื่อนระบบไปสู่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ที่เสถียร ซึ่งเข้ารหัสผลลัพธ์ของอัลกอริทึม การคำนวณเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อระบบเข้าสู่สภาวะสมดุล นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าสิ่งนี้ช่วยขจัดระบบย่อยการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แยกจากกัน เนื่องจากระบบจะเข้าสู่สภาวะผลลัพธ์เป้าหมายโดยธรรมชาติ

ทีมงานได้รันโปรแกรมสิบโปรแกรม รวมถึง:
---การคูณด้วย 3,
---การหารด้วย 2,
---การตรวจจับพาริตีแบบ 8 บิต,
---การบวกเลข 25 บิต — การคำนวณ 100 บิต

เมื่อเทียบกับมาตรฐานซิลิคอน การคำนวณยังคงช้า แม้ว่าจะสร้างเกณฑ์ความเร็วใหม่ภายในคอมพิวเตอร์ DNA ก็ตาม การทดลองหนึ่งที่บวกเลขตั้งแต่ประมาณ 11 ล้านถึง 34 ล้าน ใช้เวลาถึง 14 ชั่วโมงในการแสดงผล ในขณะที่การคำนวณ 10 บวก 3 เสร็จสิ้นใน 30 วินาที นักวิจัยรายงานว่า SDC สามารถทำการคำนวณที่ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยได้ในเวลาเพียง 30 วินาทีถึงหนึ่งนาที ซึ่งเทียบเท่ากับขีดจำกัดความเร็วของอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการของพวกเขา และเป็นโปรแกรมที่เร็วที่สุดที่บันทึกไว้ในวรรณกรรมคอมพิวเตอร์ DNA

ดร. Eshra กล่าวว่า: “ปฏิกิริยาเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในหลอดทดลอง แต่ไม่เร็วเท่าซิลิคอน และก็ไม่ได้ตั้งใจให้เป็นเช่นนั้น แต่เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ DNA อื่นๆ ของเรานั้นเร็วที่สุด”

อุปกรณ์นี้ยังถูกอธิบายว่ามีความทนทานและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยสามารถทำการคำนวณที่แตกต่างกันได้ถึง 25 ครั้งติดต่อกัน

ความซับซ้อนของงานนี้สามารถเห็นได้ในแผนภาพที่ปรากฏในบทความ Nature ของพวกเขา;

การดูแผนภาพฉบับเต็มจะช่วยให้เห็นภาพขอบเขตของงาน

นักวิจัยเขียนในบทความ Nature ของพวกเขาว่า: “หลักการคำนวณทางอุณหพลศาสตร์สามารถเปิดใช้งานการจัดเก็บข้อมูล DNA ที่ทนทานได้” แม้ว่าจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่การเข้าถึงข้อมูลที่ช้าและความซับซ้อนของระบบทำให้การจัดเก็บข้อมูล DNA ในวงกว้างไม่สามารถทำได้ การอ้างว่าการคำนวณด้วยซิลิคอน แม้จะมีการใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง ก็เผชิญกับภัยคุกคามจากการวิจัยที่ได้รับทุนสาธารณะนี้ก็เกินจริงอย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ DNA ระดับโมเลกุลอาจมีคุณค่าสำหรับการตั้งโปรแกรมเซลล์มนุษย์ใหม่ ซึ่งเป็นแนวโน้มที่น่าตื่นเต้น

ศาสตราจารย์ Woods ตั้งข้อสังเกตว่า: “นี่คือวิทยาศาสตร์แบบฟ้าใส เราไม่รู้ว่าอนาคตจะพาเราไปที่ไหน”

Tristan Stérin ได้เล่าถึงรายละเอียดของการวิจัยและที่มา

หมายเหตุท้ายบท
การวิจัยคอมพิวเตอร์ DNA นี้ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรปภายใต้โครงการ DISCO ซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้ DNA สำหรับการจัดเก็บและประมวลผล โครงการนี้สำรวจเทคโนโลยี DNA สำหรับวิธีการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลแบบใหม่ ได้รับทุนสนับสนุนผ่าน European Innovation Council Pathfinder Challenge ด้านการจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลด้วย DNA โครงการนี้มีมูลค่าประมาณ 4 ล้านยูโร (4.6 ล้านดอลลาร์สหรัฐ) ประสานงานโดยศาสตราจารย์ Woods และกลุ่ม TAPDANCE ที่มหาวิทยาลัย Maynooth พันธมิตรประกอบด้วย Tilibit จากมิวนิกที่เชี่ยวชาญด้านโอริกามิ DNA และ PRGM.dev / Major Groove ในปารีส

TAPDANCE คือกลุ่มวิจัยทฤษฎีและการปฏิบัติของเครื่องยนต์คอมพิวเตอร์ DNA ภายในสถาบันแฮมิลตันและภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัย Maynooth นำโดยศาสตราจารย์ Woods

มหาวิทยาลัย Maynooth เป็นโรงเรียนในเครือของ National University of Ireland ตั้งอยู่ใน Maynooth, County Kildare, ไอร์แลนด์ ห่างจากดับลินไปทางตะวันตกประมาณ 15 ไมล์

บริษัท ปักกิ่ง เฉียนซิง เจียทง เทคโนโลยี จำกัด
แซนดี้ หยาง / ผู้อำนวยการฝ่ายกลยุทธ์ระดับโลก
WhatsApp / WeChat: +86 13426366826
อีเมล: yangyd@qianxingdata.com
เว็บไซต์: www.qianxingdata.com/www.storagesserver.com
ธุรกิจหลัก:
การจัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์ ICT / การรวมระบบและบริการ / โซลูชันโครงสร้างพื้นฐาน
ด้วยประสบการณ์ด้านการจัดจำหน่ายไอทีกว่า 20 ปี เราเป็นพันธมิตรกับแบรนด์ชั้นนำระดับโลกเพื่อส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้และบริการระดับมืออาชีพ
“ใช้เทคโนโลยีเพื่อสร้างโลกอัจฉริยะ” ผู้ให้บริการผลิตภัณฑ์ ICT ที่คุณไว้วางใจ!