„Organické” počítače môžu pracovať vo vašom tele

04. 09. 2015

Technológie v bežných počítačoch resp. elektronických zariadeniach sú postavené na kremíkových čipoch. Svoje miesto vo svete si hľadajú aj alternatívne technológie. Jednou z alternatív ku kremíkovým čipom je organické médium DNA (deoxyribonukleová kyselina).

Leonard Adleman demonštroval v roku 1994 možnosť využitia DNA pre výpočty (DNA computing) aj netriviálnych úloh. Vyriešil problém obchodného cestujúceho (matematický problém nájdenia najefektívnejšej trasy obchodného cestujúceho medzi hypotetickým mestami) prostredníctvom DNA computingu. Od toho času bolo na tejto báze implementovaných viacero výpočtových metód ako booleovská logika, aritmetické vzorce, metódy neurónových sietí. Takéto programovanie nazývame molekulárnym programovaním.

Molekulárne programovanie je v podstate biochémiou. Vytvorené programy sú vlastne metódami selekcie molekúl, ktoré interagujú spôsobom, ktorý prináša špecifický efekt prostredníctvom procesu samousporiadania DNA – neusporiadané kolekcie molekúl spontánne interagujú a sformujú požadované zreťazenie DNA.

ilustračný obrázok k téme

DNA programy sa už používajú v medicíne napríklad na diagnózu tuberkulózy. Iným navrhovaným použitím je nano-biologický program nazývaný „lekár v bunke“, ktorý sa zameriava na rakovinové bunky. Iné DNA programy pre medicínske využitie sa zameriavajú na lymfocyty (druh bielych krviniek), ktoré sú definované prítomnosťou alebo neprítomnosťou určitých bunkových markerov, ktoré môžu byť detekované booleovskou logikou. Je potrebné ešte veľa úsilia, aby sa mohli takto pripravené DNA programy podať injekčne priamo do živých organizmov.

DNA molekuly sa vyznačujú malými rozmermi (šírka 2 nm, 2*10-9 m), programovateľnosťou, vysokou úložnou kapacitou. DNA je univerzálna, lacná, ľahko syntetizovateľná. DNA computing vyžaduje oveľa menej energie ako tradičné technológie.

Nevýhodou DNA computingu je rýchlosť. V súčasnosti trvá výpočet druhej odmocniny štvormiestneho čísla niekoľko hodín, pre tradičný počítač je to záležitosťou zlomku sekundy. Ďalšou nevýhodou je to, že DNA „obvody“ sú na jedno použitie.

Najväčšou výhodou DNA „obvodov“ voči elektronickým je to, že môžu interagovať s biochemickým prostredím. DNA computing má obrovský potenciál do budúcnosti. Obrovská kapacita pamäte, nízke náklady na energiu, jednoduchosť výroby, ktorá využíva silu samousporiadania, jeho príbuznosť s prírodným svetom, sú vstupom do nano-computingu možno prostredníctvom riešení, ktoré budú obsahovať molekulárne, a aj elektronické komponenty.

Pred touto technológiou stojí ešte veľa výziev. Mnohoročné skúsenosti z tradičného počítačového výskumu môžu podporiť rozvoj DNA computingu prostredníctvom nových programovacích jazykov, abstrakcií i formálnych verifikačných techník, ktoré zrevolucionizovali kremíkové technológie a môžu podobne pomôcť aj pri progrese DNA computingu.

Zdroj: Marta Kwiatkowska, Organic ‘computers’ made of DNA could process data inside our bodies,

Spracoval: Július Kravjar, CVTI SR

Uverejnila:MI

Kľúčové slová:
počítačové a informatické vedy, chemické vedy

Odbory vedy a techniky:
Technické vedy

Tlač