Ba ba nhà nghiên cứu tại Viện Hamilton, Ireland đã phát minh ra một máy tính phân tử, tận dụng các chuỗi DNA tương tác lơ lửng trong nước, có khả năng nhân, chia và cộng.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm Giáo sư Damien Woods, Trợ lý Giáo sư Tiến sĩ Abeer Eshra và Tiến sĩ Tristan Stérin, đã công bố phát hiện của họ trên một bài báo của tạp chí Nature. Họ tuyên bố nghiên cứu này mở ra những hướng đi mới cho việc lưu trữ dữ liệu dài hạn, điện toán tiết kiệm năng lượng và cuối cùng là các hệ thống phân tử hoạt động bên trong tế bào cho các trường hợp sử dụng bao gồm phát hiện bệnh.
Các nhà nghiên cứu DNA tại Maynooth
Khái niệm này thoạt nhìn có vẻ đơn giản đáng ngạc nhiên nhưng lại cực kỳ phức tạp trong việc triển khai. Các nhà nghiên cứu đã đặt một giọt nước muối vào ống nghiệm cùng với các đoạn DNA ngắn và một khung DNA dài hơn. Việc làm nóng rồi làm nguội hỗn hợp sẽ kích hoạt DNA thực hiện tính toán. Giáo sư Woods nhận xét: “Các phân tử tương tác, tạo thành một cấu trúc và cấu trúc đó chính là câu trả lời. Một đổi mới quan trọng là hệ thống tự nhiên tìm ra câu trả lời đó mà không cần đầu vào năng lượng liên tục.”
Được đặt tên là Máy tính DNA Khung (SDC), nó sử dụng các chuỗi DNA khung dài làm xương sống. Hàng trăm chuỗi ngắn hơn gắn vào các vị trí liên kết được thiết kế sẵn để mã hóa các bit. Các liên kết này có thể được thay đổi để chỉnh sửa dữ liệu làm đầu vào cho các chương trình phân tử. Tương tác DNA hoạt động theo cách có thể dự đoán được, tương tự như các khối Lego hoặc DNA origami, và cùng một phần cứng ướt có thể thực thi các chương trình phân tử khác nhau.
Việc làm nguội giúp hệ thống hướng tới trạng thái cân bằng bền vững về nhiệt động lực học, mã hóa kết quả thuật toán. Quá trình tính toán diễn ra tự động khi hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng điều này loại bỏ các hệ thống con sửa lỗi riêng biệt, vì hệ thống tự nhiên ổn định vào trạng thái đầu ra mục tiêu.
Nhóm đã chạy mười chương trình, bao gồm:
---Nhân với 3,
---Chia cho 2,
---Phát hiện chẵn lẻ 8 bit,
---Cộng các số 25 bit — một phép tính 100 bit.
Theo tiêu chuẩn silicon, quá trình tính toán vẫn còn chậm, mặc dù nó đã thiết lập các kỷ lục tốc độ mới trong lĩnh vực điện toán DNA. Một thí nghiệm cộng các số có phạm vi từ khoảng 11 triệu đến 34 triệu mất tới 14 giờ để trả về kết quả, trong khi tính toán 10 cộng 3 hoàn thành trong 30 giây. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng SDC có thể hoàn thành các phép tính không tầm thường chỉ trong vòng 30 giây đến một phút, tương đương với giới hạn tốc độ của thiết bị phòng thí nghiệm của họ và đại diện cho các chương trình nhanh nhất được ghi nhận trong tài liệu về điện toán DNA.
Tiến sĩ Eshra cho biết: “Phản ứng diễn ra nhanh trong ống nghiệm, nhưng không nhanh bằng silicon, và nó cũng không nhằm mục đích như vậy. Nhưng so với các máy tính DNA khác, máy tính của chúng tôi là nhanh nhất.”
Thiết bị này cũng được mô tả là bền bỉ và có thể tái sử dụng, hoàn thành tới 25 phép tính riêng biệt liên tiếp.
Sự phức tạp của công việc này có thể được nhìn thấy trong các sơ đồ được giới thiệu trong bài báo Nature của họ;
Xem toàn bộ sơ đồ giúp minh họa phạm vi của nó.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo Nature của họ: “Các nguyên tắc điện toán nhiệt động lực học có thể cho phép lưu trữ dữ liệu DNA bền vững.” Mặc dù khả thi về mặt lý thuyết, việc truy cập dữ liệu chậm và sự phức tạp của hệ thống khiến việc lưu trữ DNA trên diện rộng trở nên không thực tế. Những tuyên bố rằng điện toán silicon, ngay cả với mức tiêu thụ điện năng liên tục, đang đối mặt với mối đe dọa từ nghiên cứu được tài trợ công khai này rõ ràng là quá mức. Tuy nhiên, điện toán DNA phân tử có thể chứng tỏ giá trị trong việc tái lập trình tế bào người, một viễn cảnh thú vị.
Giáo sư Woods lưu ý: “Đây là khoa học khám phá. Chúng ta không biết tương lai sẽ đưa chúng ta đến đâu.”
Tristan Stérin đã chia sẻ một bản tường thuật chi tiết về nghiên cứu và nguồn gốc của nó.
Chú thích cuối trang
Nghiên cứu máy tính DNA này nhận được tài trợ của EU theo dự án DISCO, Cơ sở hạ tầng dựa trên DNA cho Lưu trữ và Tính toán. Sáng kiến này khám phá các công nghệ DNA cho các phương pháp tính toán và lưu trữ dữ liệu mới. Được tài trợ thông qua Thử thách Pathfinder của Hội đồng Đổi mới Châu Âu về lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số dựa trên DNA, dự án có trị giá khoảng 4 triệu euro (4,6 triệu USD). Được điều phối bởi Giáo sư Woods và nhóm TAPDANCE tại Đại học Maynooth, các đối tác của nó bao gồm Tilibit của Munich chuyên về DNA origami và PRGM.dev / Major Groove có trụ sở tại Paris.
TAPDANCE là nhóm nghiên cứu Lý thuyết và Thực hành các Động cơ Tính toán DNA trong Viện Hamilton và Khoa Khoa học Máy tính của Đại học Maynooth, do Giáo sư Woods đứng đầu.
Đại học Maynooth là một trường thành viên của Đại học Quốc gia Ireland có trụ sở tại Maynooth, County Kildare, Ireland, cách Dublin khoảng 15 dặm về phía tây.
Công ty TNHH Công nghệ Bắc Kinh Qianxing Jietong
Sandy Yang/Giám đốc Chiến lược Toàn cầu
WhatsApp / WeChat: +86 13426366826
Email: yangyd@qianxingdata.com
Website: www.qianxingdata.com/www.storagesserver.com
Trọng tâm kinh doanh:
Phân phối Sản phẩm ICT/Tích hợp Hệ thống & Dịch vụ/Giải pháp Cơ sở hạ tầng
Với hơn 20 năm kinh nghiệm phân phối CNTT, chúng tôi hợp tác với các thương hiệu hàng đầu toàn cầu để cung cấp các sản phẩm đáng tin cậy và dịch vụ chuyên nghiệp.
Sử dụng Công nghệ để Xây dựng Thế giới Thông minh”Nhà cung cấp Dịch vụ Sản phẩm ICT Đáng tin cậy của Bạn!
Người liên hệ: Ms. Sandy Yang
Tel: 13426366826
Vietnamese
