Главная » Компьютеры » ДНК вычислений

ДНК вычислений

[ad_1]

Комп & # 39; Компьютеры, по определению, представляют собой машины, которые получают вход, манипулируют и сохраняют вход, и производят выход. Они быстро выросли по размеру и мощности обработки. Как известно, комп & # 39; Компьютеры состоят из интегральных микросхем, преимущественно из кремния однако комп & # 39; Компьютер никогда не считается «живым». Технологические достижения, хотя могли бы использовать строительные блоки нашего генома при создании комп & # 39; ютерних процессоров и хранения данных, а скорость обработки катапульты к непонятным уровней, невозможна сегодняшним стандартам.

Расчет ДНК является альтернативой тому, как комп & # 39; Компьютеры работают сегодня. Несмотря на то, что эта технология не является легкодоступной или ее производят массово, теория за ней довольно старая, а разработка продолжается и ускоряется. Такие компании, как IBM, пытаются использовать ДНК для производства следующего поколения процессоров.

Прежде чем обсудить, как ДНК может использоваться в комп & # 39; компьютеров, важно сначала понять основную структуру молекулы ДНК. ДНК является двухцепочечной спирали, где две нити н & # 39; связанные базирующимися парами аминокислот, из общим названием A, T, C и G. В одной двоичной спиральной нити есть миллионы этих с & # 39; соединений, которые ограничены, поскольку они только с & # 39; объединяют от А до Т и C до G. Эти аминокислоты существенно заменили бинарный код 1 и 0, которые используются на комп & # 39; компьютеров сегодня. Базовые пары аминокислот разделены на 33 нм. Чтобы поставить размер в перспективу, ДНК микросхема может быть построена в 2-нанометровому масштабе, когда текущий верхний чип линии построен с 45-нанометровому узлом. Чтобы поставить это другим способом, есть около 1 миллиона гигабит данных на квадратный дюйм ДНК. Эта цифра объясняет, почему идею разрабатывают такие компании, как IBM, поскольку это в 2000 раз превышает наши существующие системы хранения данных. Дженнифер Ча, как биохимик в IBM, отметил, что "там нет ничего, что мы можем это сделать".

В 1994 году Адлеман, профессор Университета Южной Калифорнии впервые представил эту теорию в статье в журнале Science. Адлеман обсудил использования молекулы ДНК в исчислении и продемонстрировал, как его можно использовать для решения проблемы семиточечной гамильтонового пути.

Короче говоря, Путь Гамильтона — это простежний путь, который посещает каждую вершину или точку, когда с начальной и конечной точками. Хотя это может показаться простым в теории, это действительно является сложной проблемой для решения. Чтобы упростить это, нужно было только попробовать разобрать кратчайший путь к десяти крупнейших городов Великобритании только один раз, поэтому надо будет проанализировать более 3,5 миллиона маршрутов. Если этот пример был протестирован с помощью одного процессора, каждый из 3500000 сценариев нужно было вычислять по одному, а потом будет избран Гамильтонський путь.

Вместо того, чтобы использовать десять вершин, Адлеман использовал семь для своего эксперимента. Он кодировал все возможные решения, как правильные, так и некорректные, в большом количестве ДНК. Он обозначил каждый из семи городов в четырех символьных сочетаниях пар оснований аминокислот, найденных в ДНК. Примером одного городского индикатора будет TCGG. Смешивая все молекулы в пробирке, он создал все комбинации ДНК или ответ, возможно для данной загадки. Теоретически это позволило одновременно обрабатывать, чтобы найти правильное решение, поскольку ДНК-нити развивались не последовательно, а одновременно. Через серию химических реакций, Адлеман смог удалить неверные ответы и мог оставить только те нити, представляющие правильный путь Гамильтона.

Учитывая этот шаг дальше, команда американских ученых из университетов по всей стране недавно смогла инженеруваты бактерии, чтобы решить проблему Гамильтона. Их исследование было сообщено в статье в июле 2009 г.. В журнале биологической инженерии. Начальное исследование Адлемана, использование биологического компьютера & # 39; ютера позволило продолжить увеличение вычислительной мощности через процесс деления клеток.

Ученые этого эксперимента использовали три вершины для их анализа. Используя бактерию Escherichia coli, которую обычно называют E-coli, вершины были собраны с использованием комбинации генов, ответственных за или флуоресцирующий зеленый или красный цвет. При случайном перемешивании ДНК правильный ответ или маршрут приведет к тому, что бактерии будут светить оба цвета, придавая ей желтый цвет. Результаты были верифицированы учеными, обеспечивая последовательность ДНК желтых бактерий вследствие генотипов, представляющие путь Гамильтона.

Как видно из эксперимента с бактериальным исчислением и эксперимента Adleman, существует несколько недостатков с исчислением ДНК. Главным недостатком является необходимость вмешательства человека. Программирование входов для комп & # 39; ютера ДНК является сложным процессом. Ученые, ответственные за построение бактериального комп & # 39; ютера, должны сначала кодировать структуру ДНК для отображения 3 случайных вершин. Адлеман пришлось сначала создать строки ДНК для представления 7 вершин для его эксперимента. Анализ результатов также требует человеческого толкования. Адлеман нужно было создать серию химических реакций, чтобы абстрагировать струны Гамильтона, тогда как ученым в биологическом комп & # 39; Компьютерная эксперименте нужно было проверить желтые бактерии.

Итак, что же может сделать компьютер & # 39; Компьютер ДНК? Очевидно, что ученые не просто пытаются найти лучший способ решить проблему Гамильтона, а также не планируется, чтобы домашний компьютер & # 39; Компьютер заменялся процессорами, работающими на ДНК. Концепция вычислений ДНК очень обсуждаемой темой. До сих пор достигнуты исследования и разработки могут открыть наш мир к новому классу вычислительных устройств. Одной из обсуждаемых вопросов является возможность применения крошечных комп & # 39; компьютеров ДНК внутри тела, чтобы помочь контролировать и предотвращать заболевания. Комп & # 39; Компьютер будет анализировать условия и принимать решения, исходя из их выводов. Теоретически крошечный компьютер & # 39; Компьютер ДНК сможет высвободить лекарства или убивать больные клетки. Новые процессоры также могли бы занять место современных суперкомпьютер & # 39; компьютеров, которые используются для сшивания данных в крупных корпорациях, научных лабораториях и государственных учреждениях. Процессоры, которым приходится сталкиваться с вычислительным годом, могут сократить время обработки на долю того, что в настоящее время.

ДНК может также оказаться гораздо более дешевой альтернативой нашей текущей технологии хранения данных. Один грамм генетического материала, размер которого составляет один кубический сантиметр может содержать эквивалент 1 триллиона компакт-дисков. В статье 2002 Business Week предполагаемая стоимость последовательности ДНК, необходимой для вычисления, составляла 30 долларов США по сравнению с чипом Intel Pentium 4 на сумму $ 500

Использование ДНК вычислений может в конечном счете опускать закон Мура. Леонард Олдеман, отец первой витвирнои работы по выявлению ДНК, сказал, что "ДНК устанавливает план жизни в течение нескольких миллиардов лет. Относительно молодая тема — это другой подход к технологиям, который мы сейчас используем нет. Новая область исследований сочетает изучение энзимологии, нанотехнологий, синтетической химии и информатики. Адлеман считает, и надеется, что исследования, он начал более 15 лет назад, могут об & # 39; объединить изучение математики и биологии и обеспечивать подобную направленность Прогресс проявился во время п омилкы ренессанса ученых, таких как Леонардо да Винчи и Галилей.

[ad_2]