اختراع یک رایانه مبتنی بر DNA که می‌تواند ریشه دوم اعداد را حساب کند!

زیست شناسان برای اولین بار طرح استفاده از اجزاء ژنتیکی برای انجام محاسبات ریاضی را در اوایل سال 1994 پیشنهاد دادند. از آن زمان تاکنون روش‌های مختلفی برای نحوه ذخیره اطلاعات در ساختار DNA و دستکاری این بیت‌ها یا واحدهای اطلاعاتی با همان قوانین منطقی مورد استفاده در رایانه‌ها، ارائه شده است. اما با توجه به مقاله‌ای که اخیراً در ژورنال Small به چاپ رسیده، ادغام این منطق در مداری که بتواند عملیات پیچیده ریاضی را انجام دهد، بسیار دشوار است. با این حال، محققان این مقاله بر این باورند که پلتفرم ارائه شده توسط آن‌ها گامی به سوی آینده بوده و می‌تواند پایه‌گذار رایانه‌های مبتنی بر DNA باشد که حتی از نمونه‌های سیلیکونی هم قدرتمندتر خواهند بود.

چونلی گوا (Chunlei Guo)، یکی از نویسندگان این مقاله از دانشگاه روچستر گفته:

فناوری محاسبات مبتنی بر DNA هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما این وعده بزرگ را می‌دهد که در نهایت قادر به حل مسائل بسیار پیچیده‌ای باشد که توسط کامپیوترهای فعلی مبتنی بر سیلیکون غیرممکن هستند.

این کامپیوتر بیولوژیکی در حقیقت یک ویال (شیشه‌ای کوچک که برای نگهداری داروها به‌صورت مایع یا پودر استفاده می‌شود) از رشته‌های DNA سفارشی است که برای اتصال به رشته‌های DNA سفارشی دیگر به کار رفته و در واقع به عنوان ورودی عمل می‌کنند. سپس با ترکیبی از حداکثر پنج طول موج مختلف نور، شروع به تشعشع می‌کند که هر کدام بیان‌گر نوعی از اتصال رشته‌های DNA است. برخلاف رایانه‌های فعلی، که بیت‌های داده را بر اساس وجود یا عدم وجود ولتاژ در ترانزیستور نشانه‌گذاری می‌کند، در این سیستم هر بیت منحصر به فرد با حضور یا عدم حضور یک رشته متناظر از DNA نشان داده می‌شود. این بدان معنی است که برای محاسبه ریشه دوم عدد 1، تنها کافی است تا رشته A وصل شود، اما برای محاسبه ریشه دوم 484 که به صورت دودویی به شکل 0111100100 نشان داده می‌شود، نیاز به رشته‌های C ، F ، G ، H و I برای نشان دادن عدد 1 و رشته‌های A ، B ، D ، E و J به عنوان عدد 0 خواهد بود.

براساس این ورودی‌ها، این پلتفرم با یک یا چند مورد از طول موج‌های پنج‌گانه ممکن، شامل آبی ، نارنجی ، خردلی ، قرمز و سبز، شروع به تشعشع می‌کند که نشان دهنده خروجی‌های پنج رقمی هستند. وجود یا عدم وجود این طول موج به ترتیب رقمهای باینری 1 و 0 را نشان می‌دهد. بنابراین در مورد ریشه دوم 484، محققان عدد 0111100100 را وارد می‌کنند (با اتصال رشته‌های C ، F ، G ، H و I برای 1 و رشته‌های A ، B ، D ، E و J برای 0) که منجر به خروجی نورهای آبی، خردلی و قرمز می‌شود، بدون اینکه هیچ خبری از نور سبز یا نارنجی باشد که این نشان دهنده عدد باینری پنج بیتی 10110 است. عدد 10110 هم در سیستم ده‌دهی معرف عدد 22 می‌باشد که همان ریشه دوم 484 است.

با ده رقم باینری می‌توان اعداد تا 1023 را نشان داد. بنابراین محققان توانستند ریشه دوم اعداد تا 900 را با این روش محاسبه کنند (900 بالاترین مربع کاملی است که می‌توان با این سیستم نشان داد).

البته سیستم کامپیوتری جدید یک ماشین حساب نیست و نمی‌توان همه محسابات ریاضی را با آن انجام داد. این سیستم در واقع یک رایانه تک منظوره است که برای ترجمه مجموعه‌ای از رشته‌های DNA به یک الگوی نوری استفاده می‌شود. این روش تنها یکی از چندین روش مختلفی است که برای تبدیل DNA به یک رایانه ارائه شده است. روش‌های دیگر شامل استفاده از آنزیم‌ها یا رشته‌های DNA خودسامان یافته هستند.

اما به هر حال هنوز تولید چنین سیستمی بسیار دشوار است و در ضمن ورودی‌ها باید به نحوی رمزگذاری شوند که با ورودی‌های دیگر تداخل پیدا نکنند یا نتایج اشتباه ارائه ندهند. محققان امیدوارند که روزی براساس این طرح مفهومی بتوانند مسائل و معادلات پیچیده ریاضی را نیز حل کنند و به این طریق زمینه تولید رایانه‌های مبتنی بر DNA فراهم شود.