Bilgisayar tasarımı iksir gibidir: Biraz 1 ve biraz 2; bu şekilde DNA’da kodlanmış altı bitlik hesaplamalar yapar.
Caltech’teki bilgisayar bilimcileri, yeniden programlanabilir hesaplamalar yapabilen DNA moleküllerini tasarladılar. İlk kez aynı “donanımın” farklı bir “yazılımını” çalıştıracak şekilde yapılandırılabilen, algoritmik kendinden montajı oluşturdular.
Caltech Bilgisayar Bilimleri, Hesaplama ve Sinir Sistemleri ve Biyo Mühendisliği Profesörü Erik Winfree; DNA hesaplamalarının 6 bitlik algoritmaları nasıl çalıştırabileceğini gösterdi. Sistem bir bilgisayara benzer. Ancak transistörler ve diyotlar kullanmak yerine, girdi olarak; hesaplama sırasında ve çıktı olarak altı bitlik ikili sayıyı (örneğin, 011001) temsil etmek için moleküller kullanır. Bu tür bir algoritma; girdideki 1-bit sayısının tek mi yoksa çift mi olduğunu belirler. (Örnekte, üç 1-bit olduğu için tek olacaktır.) Biri, girişin bir palindrom* olup olmadığını belirlerken; bir diğeri rasgele sayılar üretir.
İrlanda Maynooth Üniversitesi Bilgisayar Bilimi Profesörü Damien Woods: “Bunları nano uygulamalar olarak düşünün. Donanımı değiştirmek zorunda kalmadan, herhangi bir yazılım programını çalıştırma yeteneği; bilgisayarların bu kadar kullanışlı olmasına izin veren şeydir. Bu fikri moleküller için de uyguluyoruz, temel olarak kimyasal süreçleri kontrol etmek için kimyaya bir algoritma yerleştiriyoruz.”
Sistem kendinden montaj ile çalışır: Küçük, özel olarak tasarlanmış DNA telleri aynı anda devre algoritmasını yürütürken, bir mantık devresi oluşturmak için birbirine yapışır. Girdiyi temsil eden orijinal altı bit ile başlayarak; sistem, sıralı olarak algoritmayı çalıştıran moleküller satırının arkasına satır ekler. Modern dijital elektronik bilgisayarlar; bilgiyi yönlendirmek için devrelerden akan elektriği kullanır. Burada, birbirine yapışan DNA iplikçiklerinin sıraları hesaplama yapar. Sonuç, milyarlarca tamamlanmış algoritma ile dolu bir test tüpüdür. Her biri, örme bir DNA atkısına benzer ve hesaplamanın bir okumasını temsil eder. Her bir “atkı” üzerindeki desen, çalışılan algoritmanın çözümünü sunar. Sistem, sistemi oluşturan kabaca 700’den farklı bir telin alt kümesi seçilerek, farklı bir algoritma çalıştırmak için yeniden programlanabilir.
California Üniversitesi Bilgisayar Bilimi Profesörü David Doty: “Altı bit girdilerle sınırlı olmasına rağmen, tasarlayabildiğimiz programların çok yönlülüğüne şaşırdık. Denemelere başladığımızda sadece üç program tasarladık. Fakat sistemi kullanmaya başladığımızda, ne kadar potansiyel olduğunu fark ettik. Bilgisayarı ilk kez programladığımızda hissettiğimiz heyecan aynıydı. Bu tellerin başka neler yapabileceğini merak ettik. Sonunda toplam 21 devre tasarladık ve yönettik.”
Araştırmacılar; çeşitli görevler için altı bit moleküler algoritmaları deneysel olarak gösterebildi. Matematikte; devreleri, üçün katları olup olmadıklarını, eşitlik kontrolü yaptıklarını ve 63’e kadar sayılmadıklarını değerlendirmek için girdileri test etti. Diğer devreler; zikzak, çift sarmal gibi DNA “atkılarına” “resimler” çizdiler ve düzensiz aralıklarla yerleştirildiler.
Woods: “Bunlar ilkel hesaplamalar, ancak bize kendi kendine montaj gibi basit moleküler işlemlerin bilgiyi nasıl kodlayabildiği ve algoritmalar uygulayabildiği hakkında daha fazla şey öğretme gücüne sahipler. Biyoloji, kimyanın doğal olarak bilgiye dayalı olduğunu ve algoritmik olarak yönlendirebilecek bilgileri depolayabildiğinin kanıtıdır.”
* Palindrom: Bir kelime, sayı, kelime öbeği (madam kelimesi veya 10801 sayısı gibi) düzden ve tersten dizilişleri aynı olan karakter dizileridir.
