Представьте себе, что вы можете сохранить всю национальную библиотеку Флоренции, самую большую в Италии, в капле воды. А теперь представьте, что эта же капля может решать сложные уравнения. Ученые впервые создали систему, которая он не просто хранит данные, но и обрабатывает их. И все это в пространстве размером меньше песчинки, благодаря наноматериалам.
Наноматериалы — квантовый скачок в биологических вычислениях
В лаборатории Университета штата Северная Каролина группа исследователей под руководством профессора Альберт Кеунг только что совершил гигантский скачок в области молекулярных вычислений. Они впервые продемонстрировали, что можно создать систему на основе ДНК, способную не только хранить данные, но и обрабатывать их. Как будто они миниатюризировали весь центр обработки данных в одну молекулу.
От двойной спирали к двойной роли
До сих пор идея использования ДНК для хранения данных уже изучалась. Ведь природа уже миллиарды лет использует эту молекулу для хранения жизненных инструкций. Но возникла проблема: как только данные были записаны, как их обработать?
Кеунг и его команда нашли ответ в наноматериалах: один в частности называется «дендриколлоид». Этот наноматериал, напоминающий микроскопический клубок ветвей, представляет собой идеальный каркас для ДНК. Это как если бы они создали «молекулярную игровую площадку», где последовательности ДНК можно записывать, читать, стирать и перезаписывать по своему желанию.
Компьютер размером с ластик на карандаше.
«Вы можете разместить данные с тысячи ноутбуков на пространстве размером с ластик на карандаше», — объясняет Кеунг с заразительным энтузиазмом. И мы говорим не только о статическом хранилище. Эта система может выполнять вычисления, решать задачи и даже играть в шахматы. И все это в таком маленьком пространстве, что без микроскопа его было бы сложно рассмотреть.
Секрет заключается в уникальной структуре используемых наноматериалов — дендриколлоидов. Орлин Велевсоавтор исследования (что я ссылаюсь на вас здесь), описывает их как «полимерные структуры, которые разветвляются от микромасштаба к наномасштабу, создавая сеть наноразмерных волокон». Эта структура обеспечивает огромную площадь поверхности, на которой можно разместить ДНК, не жертвуя при этом плотностью данных.
Но настоящее волшебство происходит, когда вы начинаете манипулировать этой ДНК. Благодаря инновационным технологиям исследователи могут копировать, стирать и перезаписывать информацию прямо на поверхности материала. Биологический жесткий диск, который также может выполнять вычисления.
От теории к практике: судоку и молекулярные шахматы
Чтобы продемонстрировать возможности этой системы, исследователи протестировали ее с помощью судоку и шахматных задач. И знаете что? Наш маленький молекулярный гений решил их, не моргнув глазом.
Но это еще не все. Тесты показывают, что эта система могла бы безопасно хранить данные в течение тысяч лет. Это будет цифровая капсула времени, способная пережить нашу цивилизацию.
Наноматериалы, будущее микроскопическое (и немного влажное)
Эта технология, которую исследователи назвали «первоначальным механизмом хранения и вычислений ДНК», может революционизировать наше представление о компьютерах.
Кевин Лин, первый автор исследования, подчеркивает важность этого открытия: «Мы можем выполнять весь спектр функций хранения и вычислений данных ДНК. Более того, мы обнаружили, что когда мы наносим ДНК на дендриколлоидный материал, этот материал помогает сохранить ДНК».
Кеунг сравнивает это открытие с созданием ЭНИАКа, первого электронного компьютера общего назначения. «Мы хотели разработать что-то, что вдохновило бы развитие молекулярных вычислений», — говорит он. «И мы надеемся, что нам это удалось».
Вывод: когда природа побеждает технологии (опять и всегда).
В эпоху, когда гонка за миниатюризацией компьютеров, кажется, достигла своего физического предела, природа предлагает нам неожиданный выход. ДНК, молекула, которая кодировала жизнь на протяжении миллиардов лет, может стать ключом к следующей компьютерной революции.
Каковы будут возможные будущие приложения. Имплантируемые биологические компьютеры? Архивы данных, пережившие геологические эпохи? Искусственный интеллект на основе ДНК?
Одно можно сказать наверняка: в следующий раз, когда вы посмотрите на каплю воды, помните, что она может содержать не только тайну жизни, но и будущее вычислений. И, возможно, на всякий случай не вытирайтесь слишком энергично после купания. Вы ведь не хотите случайно удалить тысячу библиотек?
