Учёные из Университета штата Северная Каролина и Университета Джона Хопкинса разработали технологию, которая может многократно сохранять, извлекать, вычислять, стирать и перезаписывать информацию. В отличие от традиционных электронных систем, для этой технологии используется ДНК.
«В традиционных вычислительных системах считается естественным, что методы хранения и обработки информации взаимосовместимы. — говорит руководитель проекта Альберт Кеунг, соавтор статьи о данной работе. В реальности данные сохраняются и обрабатываются разными частями компьютера, а современные машины — это совокупность передовых технологий. ».
«Вычисления, основанные на ДНК, сталкиваются с трудностями при хранении, извлечении и обработке данных, представленных в виде нуклеиновых кислот. », — говорит Кеунг.
В обычных электронных вычислениях преимущество технологии заключается в совместимости всех компонентов. Раньше считалось, что хотя ДНК может быть полезна для долгосрочного хранения информации, создание на её основе технологии, способной выполнять все операции традиционных электронных устройств, затруднительно или невозможно. К таким операциям относятся хранение и перемещение данных, чтение, стирание, перезапись, перезагрузка или вычисление определённых данных. Все эти действия должны быть программируемыми и многократно повторяемыми.
Новые технологии позволили создать мягкие полимерные материалы с необычной структурой.
«Мы разработали полимерные структуры, называемые дендриколлоидами. Началом служит микроуровень, а далее иерархическая разветвленность формирует сеть наноразмерных волокон. — говорит Орлин Велев, соавтор статьи, а также заслуженный профессор химической и биомолекулярной инженерии NC State.
«Морфология этого типа формирует структуру с большой поверхностной площадью, позволяя располагать ДНК между нановолокнами без потери плотности данных, которая делает ДНК ценным хранилищем информации. ».
«В хранилище, занимающее объем как у гривковой ручки, можно вместить информацию из тысяч ноутбуков. », — говорит Кеунг.
«Мы можем выполнять функции, аналогичные функциям электронных устройств, благодаря способности отличить информацию ДНК от волокон, на которых её хранят. «— утверждает Кевин Лин, главный автор работы и выпускник NC State.
«Можно копировать информацию из ДНК непосредственно с поверхности материала без повреждения. Также можно удалять фрагменты ДНК и перезаписывать их на том же месте, как при удалении и переписке данных на жестком диске. Это дает возможность выполнять весь спектр операций по хранению и вычислению данных ДНК. Помимо этого, установлено, что дендриколлоидный материал помогает сохранять ДНК при его помещении. ».
«Команда Кеунга делает нечто вроде микросхем, а наша команда изготавливает дендриколлоидный материал, который подобен печатной плате. », — говорит Велев.
«Сотрудница NC State Адриана Сан-Мигель помогла интегрировать материалы в микрофлюидические каналы, управляющие потоками нуклеиновых кислот и реагентов. Это позволяет перемещать данные и запускать вычислительные команды. Лаборатория Уинстона Тимпа из Университета Джонса Хопкинса поделилась опытом в области нанопорового секвенирования, помогающим считывать данные в РНК после копирования их из ДНК на поверхности материала. А лаборатория Джеймса Така разработала алгоритмы преобразования данных в последовательности нуклеиновых кислот и наоборот, контролируя при этом возможные ошибки. ».
Ученые продемонстрировали, что новая технология хранения данных и вычислений, которую назвали «первобытным хранилищем ДНК и вычислительным механизмом», способна решать простые задачи, такие как судоку и шахматы. Тестирование показало возможность надёжного хранения данных в течение тысяч лет.
Журнал опубликовал статью «Первобытное хранилище ДНК и вычислительная машина». .