[Перевод] ДНК-компьютер решает судоку и может хранить терабайты данных тысячи лет

Полноценный компьютер на базе ДНК стал на шаг ближе к реализации благодаря новой технологии, которая способна хранить петабайты данных в ДНК в течение тысяч или даже миллионов лет. Система также способна обрабатывать данные, как показано на примере решения головоломок судоку.

В декабре прошлого года публиковал статью о том, что части мозга человека отдельно выращиваю на чипах и на основе этого подняли полноценную нейросеть. С учетом того, как наш мозг организовывает бэкапы в памяти и насколько плотно органика сплетается с кибернетикой, нас вполне могут ждать полноценные бионические компьютеры.

Чем интересен компьютер на базе ДНК?

У вас на мизинце больше пространства для хранения данных, чем в самом объемном жестком диске. И это не преувеличение, а буквальное сравнение — каждая клетка тела может хранить примерно 800 МБ данных, а организм состоит из триллионов клеток. Поэтому, грубо говоря, каждый из нас — ходячий, говорящий, сверхплотный центр обработки данных. Или сознание, существующее на углеродном сервере, а не сознание на кремниевом. Поэтому неудивительно, что ученые работают над тем, чтобы получить пользу от эффективной естественной системы хранения данных.

Проблемы в создании компьютера на базе ДНК

ДНК довольно хрупкая в работе, и на её базе очень сложно создать условия для надежной записи, считывания, перемещения и обработки информации. Но новое исследование утверждает, что разработало систему, способную решить эти проблемы. Ключом стал мягкий полимерный материал, который действует как каркас для ДНК, который можно обезвоживать для длительного хранения и регидратировать для работы с информацией.

В частности, мы создали полимерные структуры, которые назвали дендриколлоидами — они строятся на микроуровне, но ответвляются друг от друга иерархическим образом, создавая сеть нановолокон. Эта морфология создает структуру с большой площадью поверхности, что позволяет нам размещать ДНК среди нанофибр, не жертвуя плотностью данных, что делает ДНК привлекательной для хранения данных.

Орлин Велев, соавтор исследования.

Эта технология позволяет хранить данные с невероятно высокой плотностью — 10 ПБ на см3. Другими словами, это 10 миллионов ГБ в пространстве размером с кубик сахара. Дендриколлоид может удерживать файлы лучше, чем голая ДНК, и может пройти более 170 циклов дегидратации/регидратации по сравнению с 60 циклами при работе с голой ДНК. Что это как не бионический датаизм в чистом виде?

Практические шаги в работе с компьютером на базе ДНК

Как и другие методы работы с ДНК, этот способ отлично подходит для долгосрочного хранения информации, на уровне тех же архивов. Исследователи предсказывают, что у ДНК, хранящейся на их полимерных нанофибрах, период полураспада будет около 6000 лет при температуре 4 °C и невероятные 2 миллиона лет при заморозке -18 °C. Вопрос для философов, будет ли после разморозки состояние сознания таким же, как и до заморозки?

Чтобы записать данные в ДНК, алгоритмы сначала преобразуют их в последовательности нуклеиновых кислот — знакомые буквы ACGT кода ДНК. Конкретные фрагменты информации можно извлечь с помощью молекул РНК, которые копируют данные из ДНК, а затем секвенируют эту РНК. Это означает, что не нужно разрушать ДНК, чтобы считать ее, в отличие от некоторых существующих методов работы с данными ДНК.

Новая система также позволяет воплотить базовые принципы датаизма: производить вычисления непосредственно в ДНК, используя ферменты. Это было продемонстрировано на примере решения на базу системы упрощенных шахматных задач 3×3 и судоку.

Возможность отличать ДНК с информацией от нановолокон, на которых она хранится, позволяет нам выполнять многие из тех же функций, которые мы производим с электронными устройствами. Мы можем копировать информацию ДНК непосредственно с поверхности материала, не повреждая ДНК. Мы также можем стирать целевые фрагменты ДНК, а затем перезаписывать новые структуры на ту же поверхность, как удалять и перезаписывать информацию, хранящуюся на жестком диске. По сути, это позволяет нам выполнять весь спектр функций хранения и вычисления данных ДНК.

Кевин Лин, первый автор исследования.

Это открывает путь не только к хранению данных на основе ДНК, но и к созданию полноценных ДНК-компьютеров.

А больше материалов про странности мозга, сознания, особенности поведения человека и ключи к сознанию/продуктивности читайте в нашем сообществе. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи!

 

Источник