Dzięki DNA stworzyliśmy komputery, których… nie wiemy do czego użyć

Artykuł/Nauka 16.03.2017
Dzięki DNA stworzyliśmy komputery, których… nie wiemy do czego użyć

Dzięki DNA stworzyliśmy komputery, których… nie wiemy do czego użyć

Grupie naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze udało się stworzyć pierwszą na świecie, niedeterministyczną maszynę Turinga. Informacja ta robi się jeszcze bardziej ciekawa, jeśli dodamy, że zamiast procesorów krzemowych, do jej konstrukcji wykorzystano DNA.

Komputer DNA jest teoretycznie szybszy niż dzisiejsze superkomputery z krzemowymi procesorami.

Niedeterministyczne maszyny Turinga (NUTM) do niedawna istniały tylko w sferze teoretycznej. Powód był banalny: nawet najszybszy obecnie superkomputer nie poradziłby sobie z wykładniczym przyrostem kodu generowanym przez taki rodzaj komputera. Oddajmy zresztą na chwilę głos profesorowi Rossowi D. Kingowi, który kierował pracami nad stworzeniem biokomputera:

– Wyobraźmy sobie, że zadaniem komputera jest znalezienie drogi prowadzącej do wyjścia z labiryntu i dochodzi do wyboru: iść w lewo czy w prawo? Komputer wykorzystujący tradycyjny procesor wybierze tylko jedną z dostępnych ścieżek, która jest bardziej prawdopodobna i zbada ją jako pierwszą. Nasz komputer może się zreplikować i sprawdzić od razu obie opcje, dzięki czemu szybciej znajdzie wyjście z labiryntu.

To właśnie największa zaleta maszyny, która powstała w Manchesterze. Pojedyncza nić DNA może skopiować się nieskończoną ilość razy, wprowadzając w każdej kopii niewielkie zmiany za każdym razem, kiedy algorytm w niej zakodowany musi dokonać wyboru.

A dzięki mikroskopijnemu rozmiarowi DNA, komputer korzystający z tego rodzaju procesorów nadal zajmowałby mniej więcej tyle miejsca, co dzisiejszy desktop. O ile oczywiście ktoś zainteresowałby się rozwijaniem tej technologii. Na razie mówimy o wczesnym prototypie, którego działanie zaprezentowano w warunkach laboratoryjnych.

Największym problemem z procesorami DNA jest to, że nie do końca wiemy do czego ich używać.

Do tego zresztą otwarcie przyznaje się King i jego zespół. W opisie ich badań możemy przeczytać, że naukowcom nie udało się stworzyć takiego zadania, które „uruchomione” na procesorze DNA dałoby jednoznaczny rezultat.

Częścią tego problemu jest ogromna liczba replikacji samych nici DNA – King dodaje, że jego zespół zajmie się opracowaniem odpowiednich markerów, dzięki którym zlokalizowanie nitek DNA zawierających rozwiązanie jakiegoś problemu byłoby o wiele szybsze.

Jak to się ma do wykorzystywania procesorów DNA w serwerach sieciowych, czy chociażby na domowym komputerze, na którym scrollujemy Facebooka? No właśnie. Nijak. Być może King ma rzeczywiście rację i taka konstrukcja maszyny obliczeniowej rzeczywiście byłaby o wiele szybsza, niż jakikolwiek istniejący obecnie superkomputer. Jednak sam rozwój technologii zająłby nam kilkanaście lat. Nie mówiąc już o stworzeniu odpowiedniego oprogramowania i całego ekosystemu dla biokomputerów.

Dlatego o wiele bardziej uniwersalnym wydaje się samo przechowywanie danych w DNA.

Może nie jest to tak ekscytujące, jak „programowanie” DNA, ale działa. Już teraz. Mówię tu o metodzie opracowanej przez Yaniva Erlicha i Dinę Zielinski. Parze naukowców udało się tak spreparować nukleotydy DNA (podstawowy składnik DNA), żeby zapisać w nich skompresowane dane komputerowe. Pojemność pojedynczego nukleotydu jest niewielka (ok 1,83 bitu/nukleotyd), pamiętajmy jednak, że mówimy tu o mikroskopijnej (dosłownie) skali: w 1 gramie kwasu deoksyrybonukleinowego można zapisać 215 petabajtów danych (215 mln GB).

Erlich i Zielinski ograniczyli się do zapisania zaledwie 2,14 MB. Dzięki zaawansowanej metodzie kompresji w nieco powyżej 2 MB udało im się zmieścić: płytkę Pioneera, pracę z zakresu teorii informacji autorstwa Claude’a Shannona, kartę podarunkową Amazonu, wirus komputerowy, jeden z pierwszych filmów Braci Lumiere „Wjazd pociągu na stację w La Ciotat” z 1895 r. i system operacyjny Kolibri.

DNA ma (prawie) same zalety jako nośnik danych.

Po pierwsze: w przeciwieństwie do dyskietek, kaset VHS, czy płytek drukowanych, DNA się nie zestarzeje. To po prostu niemożliwe. Po drugie: jeśli stracimy umiejętność odczytywania informacji zapisanych w DNA, to będziemy mieć o wiele większe problemy, niż… nieumiejętność odczytywania informacji zapisanych w DNA. Po trzecie: 215 Petabajtów danych w 1 gramie DNA? Taka gęstość zapisu to fenomenalny wynik.

Oczywiście taka forma zapisu ma też swoje wady. Erlich i Zielinski wydali 7 tys. dol. na przygotowanie odpowiednio zmodyfikowanych nukleotydów i 2 tys. dol. na ich odczyt. Przypominam: mówimy tu o 2,14 MB. Trochę drogo, ale nagrywarki płyt CD też kosztowały kiedyś fortunę.

Badanie i rozwój nośników magnetycznych też trwało kilka lat, zanim zaczęliśmy z nich korzystać masowo. Kto wie, może za kilkanaście (albo kilkadziesiąt) lat przechowywanie danych w kwasie deoksyrybonukleinowym będzie tak samo powszechne, jak obecnie zapisywanie ich na pamięciach typu flash?

Dołącz do dyskusji

Advertisement