رایانه مولکولی دی ان ای بدون برق با شیمی محاسبه می کند

ماشینی بسیار کوچک، هم‌اندازه یک ذره غبار را تصور کنید که بدون دوشاخه برق یا باتری محاسبه می‌کند. شبیه داستان‌های علمی تخیلی به نظر می‌رسد؟ پژوهشگران دانشگاه مینوت در ایرلند دقیقا چنین چیزی ساخته‌اند: یک رایانه مولکولی از رشته‌های دی‌ان‌ای که محاسبات را نه با برق، بلکه از راه شیمی انجام می‌دهد.

راز این فناوری در اوریگامی دی‌ان‌ای است. دانشمندان با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی، یک رشته بلند به عنوان داربست و ده‌ها یا حتی صدها رشته کوتاه و سفارشی به نام «منگنه» را برنامه‌ریزی می‌کنند. وقتی آن‌ها را در یک قطره آب نمکی قرار می‌دهند و دما را به صورت کنترل‌شده تغییر می‌دهند، رشته‌ها تا می‌خورند و به هم قفل می‌شوند تا یک چارچوب میکروسکوپی دقیق بسازند. رشته بلند مانند داربست عمل می‌کند و رشته‌های کوتاه شکل نهایی را در جای خود تثبیت می‌کنند. نتیجه، یک شبکه فیزیکی است که توانایی انجام محاسبات را دارد.

آنچه این دستاورد را فراتر از یک مونتاژ هوشمندانه قرار می‌دهد، شیوه اجرای منطق در آن است. به جای ترانزیستورهایی که با الکترون‌ها روشن و خاموش می‌شوند، واکنش‌های شیمیایی اطلاعات را میان اجزای مولکولی جابه‌جا می‌کنند. تیم دانشگاه مینوت ده برنامه مولکولی متفاوت را روی این سامانه اجرا کرد. این رایانه توانست محاسبات پایه مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را انجام دهد و نکته چشمگیرتر اینکه محاسبات ۱۰۰ بیتی را نیز پردازش کرد. بدون نیاز به برق. پردازش هم‌زمان با پیشرفت واکنش‌ها و بازآرایی ساختارها انجام می‌شود.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ نخست از نظر انرژی. این سامانه‌ها با مصرفی نزدیک به صفر محاسبه می‌کنند و همین ویژگی آن‌ها را برای کارهای فوق کم‌مصرف و محیط‌هایی که دسترسی به برق معمول محدود است، جذاب می‌سازد. دلیل دیگر، مقیاس و ماندگاری است: دی‌ان‌ای بسیار متراکم و پایدار است و به همین دلیل مدت‌هاست به عنوان گزینه‌ای جدی برای ذخیره‌سازی بلندمدت داده مطرح می‌شود. افزون بر این، امکان نزدیک‌تری نیز وجود دارد: قرار دادن رایانش مولکولی درون سلول‌های زنده برای حسگری یا تشخیص پزشکی، جایی که سخت‌افزارهای الکترونیکی اساسا امکان ورود ندارند.

این پژوهش که در نشریه نیچر گزارش شده و رسانه‌هایی از جمله تامز هاردور آن را برای مخاطبان خلاصه کرده‌اند، گامی اولیه اما قانع‌کننده به سوی دستگاه‌های مولکولی کاربردی است. البته چالش‌های مهندسی مهمی در پیش است، از جمله سرعت، نرخ خطا و اتصال این سامانه‌ها به الکترونیک رایج. با این حال، این آزمایش مسیر بحث را تغییر می‌دهد. آیا حسگرهای آینده، رسانه‌های آرشیوی یا حتی ماشین‌های درمانی بسیار ریز می‌توانند به جای مس، با شیمی کار کنند؟ شاید بیش از آنچه تصور می‌کنیم به این آینده نزدیک شده‌ایم.