Producătorii de cipuri se întrec în producerea următorului microprocesor care va doborî recordurile de viteză. Mai devreme sau mai târziu, însă, această competiție va ajunge într-un punct mort. De asemenea, microprocesoarele din silicon vor atinge, în cele din urmă, limitele de viteză și de miniaturizare. Producătorii de cipuri au nevoie de un nou material pentru a produce viteze de calcul mai rapide. Nu o să-ți vină să crezi unde au găsit cercetătorii noul material de care au nevoie să producă următoarea generație de microprocesoare.

Milioane de supercalculatoare naturale există în interiorul organismelor vii, inclusiv în corpul nostru. Moleculele ADN (acid deoxyribonucleic), materialul din care genele noastre sunt făcute, are potențial de efectuare a calculelor de mult mai multe ori mai rapid decât cel mai performant calculator din lume. ADN-ul ar putea fi integrat într-o zi într-un cip de calculator pentru a crea așa-numitul biocip care va face calculatoarele să funcționeze mult mai rapid. Moleculele de ADN au fost deja utilizate pentru a realiza cele mai complexe probleme matematice. Încă din faza lor incipientă, calculatoarele cu ADN vor fi capabile să stocheze de miliarde de ori mai multe date decât calculatoarele noastre de acasă.

Tehnologia calculatoarelor cu ADN

Calculatoarele cu ADN nu vor putea fi găsite încă în magazinele de electronice din oraș deoarece tehnologia este încă în dezvoltare și, cu un deceniu în urmă, nu exista nici măcar sub formă de concept. În anul 1994, Leonard Adleman a introdus idea de folosire a ADN-ului pentru a rezolva probleme matematice complexe. Adleman, un cercetător în știința de calcul de la Universitatea din California de Sud, a ajuns la concluzia că ADN-ul are un potențial de calcul după ce a citit cartea „Biologie Moleculară a Genelor”, scrisă de James Watson, cel care a co-descoperit structura ADN, în anul 1953. De fapt, ADN-ul este foarte similar cu un hard drive de calculator în ceea ce privește modalitatea de stocare permanentă a informațiilor legate de genele noastre.

hdtw02

Adleman este adesea numit inventatorul calculatoarelor cu ADN. Articolul său din revista Science din anul 1994 prezenta modul de utilizare a ADN-ului pentru a rezolva o problemă foarte cunoscută de matematică, numită problema regizată de Hamilton Path, cunoscută și ca problema „agentului de vânzări călător”. Scopul problemei este să găsească cea mai scurtă rută între un număr de orașe, mergând prin fiecare oraș doar o singură dată. Cu cât adaugi mai multe orașe problemei, aceasta devine mai dificil de rezolvat. Adleman alege să găsească cea mai scurtă rute dintre șapte orașe.

Ai putea schița problema pe hârtie și să o rezolvi mai repede decât Adleman, care a folosit calculatorul cu ADN. Acestea sunt pașii pe care i-a urmat Adleman în experimentul cu calculatorul cu ADN:

-Părți din ADN reprezintă șapte orașe. În gene, codificarea genetică este reprezentată de literele A, T, C și G. Unele secvențe din aceste patru litere reprezintă fiecare oraș și posibila cale de zbor.

-Aceste molecule sunt apoi mixate într-un tub de testare, cu unele dintre aceste părți de ADN lipite una de cealaltă. Un lanț realizat din părțile de ADN reprezintă un posibil răspuns.

-În câteva secunde, toate combinațiile posibile ale părților de ADN, care reprezintă răspunsuri posibile, sunt create în tubul de testare.

-Adleman elimină moleculele greșite prin reacții chimice, care lasă în urmă doar căi de zbor care conectează toate cele șapte orașe.

Succesul calculatorului cu ADN al lui Adleman demonstrează că ADN-ul poate fi folosit pentru a rezolva probleme matematice complexe. Cu toate acestea, acest calculator timpuriu cu ADN este puțin probabil să reprezinte o provocare calculatoarelor bazate pe cipuri din silicon în ceea ce privește viteza de calcul. Calculatorul cu ADN al lui Adleman a creat foarte rapid un grup de răspunsuri posibile, însă a durat zile pentru Adleman să restrângă posibilitățile. Un alt dezavantaj al calculatorului cu ADN este faptul că necesită asistență umană. Scopul câmpului de calcul al ADN-ului este să creeze un dispozitiv care să lucreze independent de implicarea umană.

Hamilton Smith with pipette as seen on Synthetic Life.

Hamilton Smith with pipette as seen on Synthetic Life.

La trei ani de la experimentul lui Adleman, cercetătorii de la Universitatea din Rochester au dezvoltat porți logice făcute din ADN. Porțile acestea logice sunt o parte vitală din modul în care calculatorul îndeplinește funcțiile pe care omul le comandă. Porțile convertesc codul binar din calculator într-o serie de semnale pe care calculatorul le folosește pentru a efectua operațiuni. În prezent, porțile logice interpretează semnalele de intrare din tranzitorii de silicon și le convertesc într-un semnal de ieșire care permite calculatorului să efectueze funcții complexe.

Porțile logice ADN ale echipei de cercetători din Rochester sunt primul pas către crearea unui calculator care are o structură similară cu cea a unui calculator electronic. În loc să folosească semnale electrice pentru a efectua operații logice, aceste porți logice ADN se bazează pe codul ADN. Ele detectează fragmente din materialul genetic ca intrare, îmbină cap la cap toate aceste fragmente și formează o singură ieșire. De exemplu, o poartă genetică numită „And gate” leagă două intrări ADN printr-o legare chimică astfel încât acestea vor fi blocate într-o structură de tip end-to-end, similară cu modul în care două jucării Lego ar putea fi fixate de o a treia, care s-ar afla între ele. Cercetătorii cred că aceste porți logice ar putea fi combinate cu ADN-ul microcipurilor pentru a crea un progres în calcului cu ADN. Componentele calculatorului ADN – porțile logice și biocipurile – ar dura doi ani să fie dezvoltate într-un calculator ADN funcțional. Dacă un astfel de calculator va fi vreodată construit, cercetătorii spun că acesta va fi mult mai compact, mai precis și mai eficient decât calculatoarele convenționale.

Sursa: www.howstuffworks.com

Foto: Discovery Channel

About The Author