DNA zelo dobro računa

Izdelovalci računalniških čipov se tudi prav v tem trenutku tekmovalno trudijo izdelati mikroprocesor, ki bi podrl vse hitrostne rekorde. Prej ali slej pa se bo tekmovanje končalo. Mikroprocesorji na osnovi silicija bodo dosegli svojo mejo hitrosti in majhnosti. Prišla bo potreba po novih materialih z večjo računsko hitrostjo.

Na milijone naravnih računalnikov obstaja v živih organizmih oz. v naših telesih. Raziskovalci že uporabljajo genetski material, da bi ustvarili nano-mikroprocesor, ki bi nadomestil mikroprocesor na osnovi silicija.

DNA molekula ima potencial, da večkrat preseže hitrost računanja najmočnejšega človeško izdelanega računalnika. Molekule so že bile uspešno prisiljene izračunati kar nekaj kompleksnih matematičnih problemov. DNA bi tako bila lahko integrirana na obstoječe integrirano vezje in tako zvečala njegovo zmogljivost (biočip). Poleg tega pa bi bila sposobna shranjevati milijardo več informacij kot osebni računalnik.

Tehnologija je v razvoju. Prvi je l. 1994 Leonard Adelman (računalniški znanstvenik; University of Southern California) predstavil idejo, da bi DNA reševala matematične probleme. Po prebiranju Watsonove knjige Molecular Biology of the Gene, je prišel do zaključkov, da je DNA precej podobna računalniškim diskom - trajno hrani podatke o genih.
Dokaz sposobnosti DNA za reševanje matematičnih problemov iz l. 1994
Hitrost takšnega računanja je seveda daleč od konkurenta današnjemu mikroprocesorju, poleg tega zahteva še vpletenost človeka.

Cilj problema je najti najkrajšo pot med določenim številom mest, da prehodimo vsakega samo enkrat. težavnost računanja se veča s številom mest.Odseki DNA predstavljajo npr. 7 mest, koda je predstavljen s črkami A, T, G, C, posamezna zaporedja teh štirih črk pa predstavljajo vsako mesto in možno pot. Molekule se nato zmešajo v epruveti in nekateri od odsekov DNA se zlepijo skupaj, veriga skupkov pa predstavlja možni odgovor. V nekaj sekundah se v epruveti zvrstijo vse kombinacije odsekov DNA zlepljenih skupaj - vse možne poti. Sledi samo še odstranitev tistih molekul, ki ne povezujejo vseh sedmih mest.

DNA logična vrata
Tri leta kasneje so raziskovalci razvili DNA logična vrata. Logična vrata so bistvena pri obdelavi ukazov, ki jih posredujemo računalniku. Ta vrata pretvorijo binarno potujočo kodo v niz signalov, ki izvršijo operacijo. Nasplošno pa prevajajo vhodne signale iz tranzistorja v izhodne signale, ki izvedejo funkcijo. Logična vrata so nekakšna elektronska stikala, ki imajo en izhod ter en ali več vhodov. Na vhodne sponke lahko priključimo visoko ali nizko napetost. Tudi izhodna napetost je lahko samo visoka ali nizka z ozirom na trenutno stanje na sponkah in na vrsto logičnih vrat (ne, in, ali ne-in...)

DNA logična vrata so prvi korak k razvoju računalnika, ki bi imel podobno strukturo kot elektronski osebni računalnik. Namesto uporabe električnih signalov za izvajanje logičnih operacij, se ta DNA logična vrata sklicujejo na genski kod. Vrata detektirajo odseg DNA kot vhodno informacijo in spojijo te odseke v eno samo izhodno informacijo. Raziskovalci verjamejo, da bi ta logična vrata lahko bila kombinirana v biočipe in tako naredila prodor v novo tehnologijo.

Elektronska IN-vrata
 

DNA IN-vrata
Električni impulz mora priti sočasno na vhoda A in B, da bi izhod oddal impulz.  
S kemijsko reakcijo povežejo dva odseka DNA vhodne informacije v strukturo z začetkom in koncem.

DNA računalniške komponente rabijo še več let za dokončen razvoj. Znanstveniki pravijo, da bi bil tak računalnik natančnejši, zmogljivejši in bolj zgoščen kot današnji elektronski računalniki. Svojega predhodnika iz silicija bi prekašal v marsičem. Odpadel bi temeljni problem razvoja mikroprocesorjev - Moorov zakon. Imenuje se po Intelovem ustanovitelju Gordonu Mooru, ki je  l.1965 predvidel, da se bo kompleksnost mikroprocesorja podvojila v dveh letih. Ta zakon pa se bo kmalu pokoril fizikalnim zakonom hitrosti in minimalizacije mikroprocesorja na bazi silikona. DNA obstaja v velikih količinah in je poceni vir. Za razliko od uporabe toksičnih materialov pri izdelavi mikroprocesorjev, bi bilo izdelovanje biočipov zelo ekološko. Ključna prednost DNA je gotovo njegova majhnost medtem, ko bi hranil veliko več podatkov. Več kot 10 trilijonov molekul DNA bi lahko spravili v en kubični centimeter. Ta majhna količina DNA bi bila sposobna hraniti 10 TB podatkov in izvesti istočasno 10 trilijonov izračunov. Z dodajanjem molekul pa še več. Razlika je namreč v tem, da se tako v računalnikih ne bi več računalo linearno – zaporedno, ampak bi operacije potekale vzporedno. Današnji računalniki bi porabili več sto let, da bi rešili problem, za katerega bi DNA porabila eno uro.Poleg vseh teh neverjetnih hitrosti, spominskih kapacitet in s tem ogromnega razvoja, bi nas proučevanje DNA računalnikov vodilo do razumevanja še kompleksnejšega računalnika – naših možganov.