ДНК-оригами — память для компьютеров будущего

Китайские ученые разработали новый способ хранения и передачи информации на основе ДНК-оригами-регистров. Разработка прокладывает путь к созданию компактных ДНК-компьютеров и наномашин со сложными временными функциями.

ДНК-оригами — это техника «складывания» цепочки ДНК в сложные фигуры. Это происходит благодаря находящимся в молекуле азотистым основаниям, которые могут формировать между собой пары строго определенным способом.

Регистры на основе этой технологии можно интегрировать с вычислительными схемами (программируемым логическим массивом на основе ДНК), передавать сигналы между схемами и выполнять последовательно сложные задачи. Однако существующие регистры поддерживают только единоразовую запись, а передача данных требует их долгих и трудоемких перемещений.

Китайским специалистам удалось разработать твердотельный ДНК-оригами-регистр, который сжимает входные данные из 3D в 2D. Важно отметить, что благодаря сжатию исчезает потребность в перемещении, что сокращает время обработки информации до одного часа и меньше. Регистры интегрируются в специальный раствор (?), в который после обновления схемы считываются записанные данные. Одновременно с этим регистр очищается, позволяя записать новую информацию.

Отдельный регистр может содержать около 200 адресуемых ячеек памяти, каждая из которых содержит три домена: адрес, записывающую и считывающую ножки. Он основан на реакциях, управляемых свободной энергией. При этом точка опоры для записи длиннее, чем точка опоры для чтения — 7 и 5 нуклеотидов соответственно. Обе операции — запись и чтение данных — приводят к снижению свободной энергии, обеспечивая высокую эффективность записи и чтения. В ходе тестов процесс записи данных был завершен в течение 10 минут, а процесс считывания — через 5 минут после подачи соответствующей команды.

Эксперты отмечают, что эффективность перезаписи данных может превышать 80%.

Чтобы осуществить этот процесс, был создан адаптер, который может принимать слабый сигнал ДНК, преобразовывать и усиливать его. Адаптер состоит из двух функциональных модулей: преобразователя и усилителя. Цепочка данных связывается с преобразователем, смещается, генерируя промежуточный продукт и пространство для собственной замены. В модуле усиления промежуточный продукт связывается с «пустой» цепочкой, после чего последняя поступает в преобразователь и заменяет собой цепочку данных. После усиления данные попадают в раствор.

Раствор и регистр образуют гетерогенную архитектуру, в которой передача данных осуществляется просто за счет пространственных преобразований выходного распределения. Таким образом сокращается время вычислений, сообщается в статье, опубликованной в журнале ACS Central Science.

18.12.2024
Фото: Leonardo.AI

Мы рекомендуем:

Электрод-невидимка — революция в восстановлении мозга

Электрод-невидимка — революция в восстановлении мозга

Электрод-невидимка — революция в восстановлении мозга

Электрод-невидимка — революция в восстановлении мозга