Trong nhiều niên đại, axit deoxyribonucleic (DNA) đã giữ vai trò như một tài liệu hướng dẫn cho sự sống, không chỉ cung cấp các khuôn mẫu cho một loạt cấu trúc hóa học mà còn là một phương tiện để quản lý quá trình sản xuất chúng.
Trong những năm gần đây, các kỹ sư đã khám phá ra một vai trò mới tinh vi đối với những khả năng độc đáo của phân tử, làm nền tảng cho máy tính sinh học. Tuy nhiên, bất chấp đã 30 năm trôi qua kể từ khi nguyên mẫu đầu tiên xuất hiện, hầu hết các máy tính DNA vẫn gặp khó khăn trong việc xử lý nhiều thuật toán phù hợp.
Một nhóm nghiên cứu từ Trung Quốc hiện đã đưa ra một mạch tích hợp DNA (DIC) có tính đa dụng hơn nhiều. Các cổng máy tính bằng chất lỏng của họ có thể tạo thành không dưới 100 tỷ mạch, mỗi mạch lại có khả năng chạy chương trình riêng.
Máy tính DNA có tiềm năng tạo ra những cỗ máy mang lại bước nhảy vọt đáng kể về tốc độ và công suất, và – cũng như máy tính lượng tử – có nhiều phương pháp khác nhau có thể được áp dụng. Tại đây, các nhà khoa học muốn chế tạo thứ gì đó có khả năng thích ứng cao hơn những nỗ lực trước đây, với phạm vi ứng dụng tiềm năng rộng hơn.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo đã xuất bản của họ: “Khả năng lập trình và khả năng mở rộng tạo thành hai yếu tố quan trọng trong việc đạt được máy tính đa dụng”.
"Khả năng lập trình cho phép thiết bị có tính năng thực hiện các thuật toán khác nhau trong khi khả năng mở rộng cho phép xử lý lượng công việc ngày càng tăng bằng cách thêm tài nguyên vào hệ thống”.
Để hướng tới mục tiêu này, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào cái mà họ gọi là mảng cổng có khả năng lập trình dựa trên DNA (DNA-based programmable gate arrays), hay DPGA: các đoạn DNA ngắn được kết hợp lại để tạo ra các cấu trúc lớn hơn, sau đó các cấu trúc này lại có thể được dùng để xây dựng thành các mạch tích hợp của các kết hợp khác nhau.
Những DPGA này được tạo ra bằng cách trộn các mạch DNA với chất lỏng đệm trong ống nghiệm, dựa vào các phản ứng hóa học để tạo ra các liên kết và sự kết hợp cần thiết để xây dựng các DIC mà các nhà nghiên cứu đang hướng tới.
Một số mô hình hóa chi tiết cũng được thực hiện để tìm ra cách quản lý tín hiệu đầu vào và đầu ra, cũng như thực hiện các chức năng logic, giống như một máy tính tiêu chuẩn. Các mạch lớn hơn mà quá lớn đối với một DPGA sẽ được chia thành các thành phần riêng lẻ để xây dựng.
Ví dụ, thông qua quá trình thí nghiệm, các nhà khoa học đã có thể tạo ra các mạch để giải phương trình bậc hai và tính căn bậc hai. Các nhà nghiên cứu cho biết, trong tương lai, các hệ thống này có thể được điều chỉnh cho các mục đích như chẩn đoán bệnh.
Hơn nữa, các hệ thống thử nghiệm không thể hiện nhiều vấn đề về suy giảm tín hiệu hoặc sự mất dần cường độ của tín hiệu khi nó truyền đi. Đây là một phần quan trọng khác của việc có thể xây dựng các máy tính DNA mà có thể mở rộng quy mô và khả năng thích ứng.
Chúng ta vẫn còn lâu mới nhận ra được tiềm năng đầy đủ của máy tính DNA, nhưng trong vài năm qua, các nhà khoa học đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc sửa đổi hình thức lưu trữ sinh học này để sử dụng nó cho các nhiệm vụ tính toán thông thường.
Các nhà nghiên cứu viết: “Khả năng tích hợp các mạng DPGA quy mô lớn mà không bị suy giảm tín hiệu rõ ràng đánh dấu một bước quan trọng hướng tới máy tính DNA đa dụng”.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.
Theo Science Alert
