یک رایانه دی ان ای (DNA) که می‌توان از آن برای انجام حداکثر ۲۵ محاسبه متفاوت استفاده کرد، افق‌های تازه‌ای را برای توسعه رایانش کم‌مصرف و ذخیره‌سازی بلندمدت داده‌ها ترسیم می‌کند. این رایانه توانسته است در ۳۰ ثانیه حاصل جمع ۱۰ و ۳ را محاسبه کند؛ آن هم با استفاده از رشته‌های مولکولی متعامل در آب، به‌جای تراشه سیلیکونی!
این سامانه را پژوهشگران دانشگاه مینوت (Maynooth University) در ایرلند توسعه داده‌اند. رایانه مذکور همچنین می‌تواند عملیات ضرب و تقسیم را بدون نیاز به تأمین مداوم برق انجام دهد. این پژوهش که نتایج آن در مجله علمی نیچر (Nature) منتشر شده است، سامانه‌ای را معرفی می‌کند که از آن به‌عنوان یکی از پیچیده‌ترین و سریع‌ترین رایانه‌های مولکولی گزارش‌شده تاکنون یاد می‌شود.
رشته‌های دی‌ان‌ای پاسخ را می‌سازند!
دکتر عبیر اشرا (Abeer Eshra)، استادیار و دانشمند علوم رایانه در مؤسسه همیلتون دانشگاه مینوت که بخش زیادی از آزمایش‌ها را انجام داده است، درباره فرایند محاسبه درون مایع توضیح می‌دهد:
یک قطره کوچک مایع حاوی میلیاردها و گاهی تریلیون‌ها رشته دی‌ان‌ای است. این رشته‌ها با یکدیگر تعامل می‌کنند تا نتیجه‌ای تولید شود.
برای ساخت این رایانه، پژوهشگران مقدار کمی آب و نمک را با قطعات کوتاه دی‌ان‌ای و یک داربست بلندتر از این مولکول ترکیب کردند و مخلوط را درون لوله آزمایش قرار دادند. این ترکیب برای شروع فرایند تنها به مقدار کمی گرما نیاز دارد. سپس با خنک شدن مخلوط، محاسبات انجام می‌شوند.
پروفسور دیمین وودز (Damien Woods) از مؤسسه همیلتون دانشگاه مینوت می‌گوید:
مولکول‌ها با یکدیگر تعامل می‌کنند، ساختاری تشکیل می‌دهند و همان ساختار پاسخ مسئله است.
او اضافه می‌کند که یکی از نوآوری‌های مهم این سامانه، توانایی آن در یافتن پاسخ به‌صورت طبیعی و بدون نیاز به دریافت مداوم انرژی است.
سرعت بالا در دنیای دی‌ان‌ای، اما کندتر از سیلیکون!
پژوهشگران ۱۰ برنامه مختلف را روی این سامانه اجرا کردند که محاسبات ۱۰۰ بیتی را نیز شامل می‌شد. در یکی از آزمایش‌ها، رایانه اعدادی در محدوده تقریبی ۱۱ تا ۳۴ میلیون را با یکدیگر جمع کرد؛ فرایندی که برای رسیدن به نتیجه، در برخی موارد تا ۱۴ ساعت زمان برد.
این سامانه علاوه بر قابلیت انجام محاسبات، پایداری و استفاده مجدد را نیز نشان داد و توانست حداکثر ۲۵ محاسبه متفاوت را به‌صورت متوالی انجام دهد.
اشرا که به همراه دکتر تریستان استرین (Tristan Stérin) نویسنده اول مشترک مقاله منتشرشده در نیچر است، توضیح می‌دهد:
واکنش درون لوله آزمایش به‌سرعت رخ می‌دهد، اما به‌اندازه رایانه‌های سیلیکونی سریع نیست و اساساً هم قرار نیست چنین باشد. بااین‌حال، در مقایسه با سایر رایانه‌های دی‌ان‌ای، سامانه ما سریع‌ترین نمونه است.
دکتر کنستانتین ایوانز (Constantine Evans)، پژوهشگر ارشد، و جانت آدیو (Janet Adio)، پژوهشگر مقطع کارشناسی، نیز از دیگر نویسندگان این مقاله هستند.
رایانه‌های مولکولی ممکن است درون سلول‌ها فعالیت کنند!
این پژوهش فراتر از انجام محاسبات ریاضی درون لوله آزمایش، کاربردهای احتمالی دیگری را نیز مطرح می‌کند؛ از جمله ذخیره‌سازی بلندمدت داده‌ها و انجام محاسبات با مصرف انرژی کمتر. در آینده، سامانه‌های مولکولی ممکن است بتوانند درون سلول‌ها نیز فعالیت کنند و وظایفی مانند شناسایی بیماری‌ها را بر عهده بگیرند.
وودز درباره انگیزه پژوهشگران برای بررسی روش‌های جایگزین محاسباتی می‌گوید:
رایانه‌های مبتنی بر سیلیکون انرژی بسیار زیادی مصرف می‌کنند؛ ۲۳ درصد از برق مصرفی ایرلند صرف محاسبات و ذخیره‌سازی داده‌ها می‌شود. ما به استفاده از تنها یک نوع رایانه محدود شده‌ایم، درحالی‌که نمونه‌های دیگری نیز در اطراف ما وجود دارند؛ از جمله مغز انسان.
پژوهش‌های دانشگاه مینوت در زمینه رایانش دی‌ان‌ای با کمک یک کمک‌هزینه چهار میلیون یورویی شورای نوآوری اروپا (European Innovation Council) انجام می‌شوند که مدیریت آن بر عهده وودز است.
این پروژه با نام دیسکو (DISCO)، با عنوان کامل «زیرساخت مبتنی بر دی‌ان‌ای برای ذخیره‌سازی و محاسبات» (DNA-based Infrastructure for Storage and Computation)، با هدف توسعه روش‌های نوین محاسبه و ذخیره‌سازی داده‌ها با استفاده از فناوری دی‌ان‌ای فعالیت می‌کند.
وودز در توضیح چشم‌انداز گسترده‌تر این تحقیقات می‌گوید:
این پژوهشی اکتشافی و آینده‌نگر است. هنوز نمی‌دانیم آینده ما را به کجا خواهد برد.
منبع: Scitechdaily
