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ADN informatique



introduction

Étant donné que le calcul original de l'ADN a été réalisé en dissolvant l'ADN dans un tube à essai, ce type d'ordinateur consiste en une pile de tubes à essai remplis de liquide organique, de sorte que certaines personnes appellent un " ordinateur à tube à essai ".

L'ordinateur à ADN "introduit" de l'ARN, des protéines et d'autres substances chimiques dans le cytoplasme, et des " sorties " des signaux moléculaires faciles à distinguer.

Caractéristiques

Par rapport aux ordinateurs électroniques traditionnels, les ordinateurs à ADN présentent de nombreux avantages, tels que :

1)Petite taille.Sa petite taille peut contenir 1 000 milliards d'ordinateurs de ce type dans un tube d'essai en même temps.

2)Grande capacité de stockage.Un mètre cube de solution d'ADN peut stocker 1 000 milliards de données binaires. La quantité de données pouvant être stockées dans 1 centimètre cube d'ADN dépasse la capacité de 1 000 milliards de CD.

3) Calcul rapide. La vitesse de calcul peut atteindre 1 milliard de fois par seconde, et plus de dix heures de calculs d'ADN sont équivalentes au montant total des calculs depuis la chute des ordinateurs.

4)Faible consommation d'énergie. La consommation d'énergie des ordinateurs à ADN est très faible, équivalente à seulement un milliard de celle des ordinateurs ordinaires. Si elle est placée dans des cellules vivantes, la consommation d'énergie sera inférieure.

5)Parallélisme.Les ordinateurs ordinaires utilisent la méthode d'exécution séquentielle des instructions. En raison de la structure de données unique de l'ADN, des centaines de millions d'ordinateurs à ADN peuvent gérer un problème sous différents angles en même temps, et peuvent effectuer 1 milliard d'opérations en temps réel, c'est-à-dire en parallèle.

De plus, les ordinateurs à ADN peuvent synchroniser les observations scientifiques avec les réactions chimiques, économisant ainsi beaucoup de financement de la recherche.

Principes de base

L'histoire du calcul machine remonte à 1641, lorsque le mathématicien français Pascal, âgé de 18 ans, fabriqua avec succès un ordinateur supplémentaire à huit chiffres avec transmission par engrenage.

FromtheearliestPascalgearmachinetotoday'smostadvancedelectroniccomputer, itscalculationmethodisakindofsymboltransformationofphysicalproperties, whichisspecificallycomposedofbasicactionssuchas "addition" et "soustraction" of.However, thecurrentDNAcomputinghasundergoneessentialchanges.Calculationisnolongerasignconversionofphysicalproperties, butasignconversionofchemicalproperties, thatis, itisnolongerthe "addition" et "soustraction" operationsofphysicalpropertiesbutthecuttingandpasting, insertionanddeletionofchemicalproperties.Thiskindofcomputingrevolutionisunprecedented.Itisofepoch-makingsignificance.

WeknowthattheDNAmoleculeisalongdouble-helicalchain, coveredwith "perles" ornucleotides, andhasfourbasesonit, à savoir: l'adénine (A), birdPurine (G), la cytosine (C) andthymine (T) .Throughthedifferentarrangementsofthesenucleotides, DNAmoleculescanexpressalargeamountofinformationpossessedbyvariouscellsofthelivingbody.Mathematicians, biologistes, chimistes, andcomputerexpertsareinspiredbyit.TheyusethecharacteristicsofDNAtoencodeinformation, firstsynthesizeDNAmoleculeswithspecificsequencestomakethemrepresenttheproblemtobesolved, andthenmakethemreactwitheachotherthroughtheactionofbiologicalenzymes (équivalent à des opérations d'addition, de soustraction, de multiplication et de division) pour former diverses combinaisons, et enfin filtrer la combinaison incorrecte pour obtenir la séquence de molécules codantes qui est la bonne réponse.

Progrès de la recherche

En octobre 2011, le Royaume-Uni a développé une barrière biologique utilisant des bactéries

Il s'agit du "circuit biologique" le plus avancé jamais conçu. De telles portes logiques sont modulaires et peuvent être installées ensemble, ouvrant la voie à des processeurs biologiques plus complexes à l'avenir.

En septembre 2011, les États-Unis, à l'aide d'ordinateurs biologiques pour détruire les cellules cancéreuses

Cet ordinateur biologique peut pénétrer dans les cellules humaines. Grâce à l'analyse de combinaison logique de cinq molécules spécifiques des tumeurs, des cellules cancéreuses spécifiques sont identifiées, qui déclenchent le processus de destruction des cellules cancéreuses. Cette réalisation a posé les bases du développement de traitements anticancéreux spécifiques.

En juillet 2011, Israël a utilisé un ordinateur biologique pour détecter une variété de différents types de molécules

Ce type d'ordinateur biologique peut détecter automatiquement une variété de différents types de molécules en même temps, qui peuvent être utilisés pour diagnostiquer des maladies, contrôler la libération de médicaments et réaliser l'intégration du diagnostic et du traitement.

En 2009, les États-Unis ont développé un ordinateur antibactérien utilisant E. coli

Cet ordinateur bactérien peut résoudre des problèmes mathématiques complexes. Et sa vitesse est bien plus rapide que n'importe quel ordinateur à base de silicium.

En 2007, aux États-Unis, un ordinateur à ADN a été utilisé pour réaliser le mécanisme d'interférence ARN

Ce type d'ordinateur à ADN peut effectuer un travail logique de base et peut être appliqué à des cellules rénales en culture artificielle.

En 2006, les États-Unis ont utilisé un ordinateur à ADN pour diagnostiquer rapidement et avec précision le virus de la grippe aviaire

Cet ordinateur à ADN peut détecter le virus du Nil occidental et le virus de la grippe aviaire plus rapidement et avec plus de précision, ainsi que d'autres maladies.

En 2005, Israël a utilisé un ordinateur à ADN pour exécuter 1 milliard de programmes conçus par des molécules logicielles d'ADN

Cet ordinateur à ADN utilise une nouvelle technologie de traitement de solution et d'autres technologies, et peut exécuter 10 centaines de millions de programmes conçus avec des molécules logicielles d'ADN qui ont le potentiel de détecter les ARN messagers anormal dans les cellules liées à n'importe quel type de cancer. Fournir des informations pour le diagnostic du cancer.

En2004, en Chine, le premier ordinateur à ADN est sorti à l'Université de Shanghai Jiaotong

Ce type d'ordinateur à ADN est amélioré sur la base de l'ordinateur à ADN de l'institut Weizmann en Israël., Y compris la détection simultanée de molécules d'entrée et de sortie avec étiquettes fluorescentes bicolores, la surveillance en temps réel d'un processus de fonctionnement automatique avec séquenceur, et l'utilisation d'un procédé.

En 2003, aux États-Unis, est sorti le premier ordinateur à ADN interactif au monde capable de jouer à des jeux.

Cet ordinateur à ADN utilise principalement des enzymes biochimiques comme base de calcul de jeux simples.

InFebruary2002, theDNAcomputerresearchwentfurther.Japan'sOlympus (Olympus) announcedthatthecompanyandtheUniversityofTokyohavejointlydevelopedtheworld'sfirstcomputerthatcanbetrulyputintocommercialapplications.DNAcomputer.TheDNAcomputertheydevelopedconsistsoftwoparts: molecularcomputingcomponentsandelectroniccomputercomponents.TheformerisusedtocalculatetheDNAcombinationofmoleculestoachievebiochemicalreactions, searchandscreenoutthecorrectDNAresults, andthelattercananalyzetheseresults.Accordingtoinformation, itwillbeofficiallyputintocommercialapplicationthisyear.

En novembre 2001, des scientifiques israéliens ont développé avec succès le premier ordinateur à ADN au monde.

En 2000, Israël, le premier ordinateur à ADN au monde est sorti

Il s'agit du premier ordinateur à ADN au monde, capable de résoudre des problèmes de calcul relativement complexes.

En 2000, les scientifiques de l'Université du Wisconsin-Madis ont franchi une étape importante dans la simplification et la mise à l'échelle de cette technologie. Ils ont testé un tube différent de celui effectué par Adlerman et d'autres pionniers.

En 1994, aux États-Unis, le concept d'ordinateur à ADN a été proposé pour la première fois

Les scientifiques ont utilisé un tube à essai contenant de l'ADN spécial pour résoudre le fameux « problème du vendeur » :

InNovember1994, AmericancomputerscientistL.Adleman (LeonardM.Adleman) solvedaveryfamousprobleminanextraordinaryway-DNAapproach-HamiltondirectlyTheroadserviceproblemiscommonlyknownasthe "salesmantravelproblem" .Thebasiccontentis: supposeasalespersonmustsellproductstoeverycityhepassesthrough, butinordertosavetime, hecanonlygothrougheachcityonce, thepathcannotberepeated, andthepathistheshortest, andthisproblemistoletyoudothisThesalesmandesignssuchapath.

Au fur et à mesure que le nombre de villes augmentera, le problème deviendra de plus en plus difficile. Au fur et à mesure que la difficulté augmentera, une puissance de calcul plus puissante est nécessaire pour rechercher le bon chemin, et finalement il deviendra tellement compliqué que le titre nécessite l'utilisation des supercalculateurs les plus avancés.

ProfessorAdlermanwasinspiredbytheexpressionofDNAmolecularinformation.HecleverlyusedDNAsinglestrandstorepresenteachcityandtheroadbetweencities, andcodedthesequence, inthisway, eachroad "Les" stickyends "willbeconnectedtothetwocorrectcitiesaccordingtothebiochemicalrulesofDNAcombination.Then, hemixedthecopiesoftheseDNAstrandsinatesttubeandconnectedtheminvariouspossiblecombinations.Afteraseriesofbiochemicalreactionsforacertainperiodoftime, hewasabletofindtheonlyanswertotheproblem, thatis, onlythrougheachblock.TheshortestDNAchaininthecityatatime.

Scientistsbelievethatduetomaterialsizelimitationsinthesiliconindustry, traditionalelectronictechnologieswillreachtheirphysicallimitssometimeafter2020.Therefore, itisofextraordinarysignificancetoseeknewalternativetechnologies.AlthoughAdlerman'sexperimentonlysolvedtheproblemof7cities, thesolutionofthisproblembrokethroughthesizelimitofcrystallinesiliconmaterials, makingiteasytosolveproblemsthatweredifficultorimpossibletosolvewithtraditionalcalculationmethodsbefore., Createdaprecedentforcomputingatthemolecularlevelandbecameamilestoneinthefieldofmolecularcomputing.

Adlerman'ssuccesshasattractedgreatattentionfromscientistsfromallovertheworld.In1995, morethan200relevantexpertsfromvariouscountriesfurtherdiscussedthefeasibilityofDNAcomputers.Undertheaction, acertaingeneticcodecanbetransformedintoanothergeneticcodethroughabiochemicalreaction.Thegeneticcodebeforethetransformationcanbeusedasinputdata, andthegeneticcodeafterthereactioncanbeusedastheresultofthecalculation.Usingthisprocesscanmakeanewtypeofbiologicalcomputer.DNAcomputingtechnologyisconsideredtobethemaincandidatetechnologyamongvariousnewtechnologiesthatreplacetraditionalelectronictechnology.

L'ordinateur à ADN est devenu l'un des points névralgiques de la recherche pour les chercheurs dans de nombreux pays du monde, et des percées ont été faites, mais il est principalement au stade de la recherche théorique et de l'exploration des applications.

Perspectives d'application

Avantages uniques

FutureDNAcomputershaveuniqueapplicationsinthefieldsofresearchlogic, codedeciphering, preventionandtreatmentofdifficultdiseases,, programmation génétique andaerospaceTheadvantagesofcurrentelectroniccomputersarebeyondreach, andtheapplicationprospectsareveryoptimistic.Forexample, theemergenceofDNAcomputershasmadeitpossibletodevelopcomputersthatoperateinthehumanbodyandcells.Itcanactasamonitoringdevicetodetectpotentialdisease-causingchanges, anditcanalsosynthesizethenecessarydrugsinthehumanbodytotreatcancerandtheheart.Diseases, arteriosclerosisandotherdifficultdiseases, evenintherestorationofblindpeople'svision, willalsoshowtheirtalents.

Intégration homme-machine

ItiscompletelyconceivablethatonceDNAcomputingtechnologyisfullymature, thenthereal "humain machineintegration" willberealized.BecausethebrainitselfisanaturalDNAcomputer, aslongasthereisaninterface, theDNAcomputercandirectlyacceptthecommandofthehumanbrainthroughtheinterfaceandbecomeanextensionorexpansionpartofthehumanbrain, anditsupplementsenergybyabsorbingnutrientsfromhumancells., Withoutexternalenergysupply.LiketheimplantationofDNA-basedartificialsmartchipsintothebraininsciencefiction, thefutureisassimpleasvaccination.Undoubtedly, theemergenceofDNAcomputerswillbringaqualitativeleaptohumancivilization, bringhugechangestotheentireworld, andhaveinfinitelybeautifulapplicationprospects.

Limitation de niveau

Cependant, duetothelimitationofthecurrentlevelofbiotechnology, theDNAcalculationprocessrequiresconsiderablecostWorkload.Forexample, « test » de tubecomputer Adlerman de cangetresultsinafewseconds, buthespendsweekspickingthecorrectresults.Also, ifthenumberofcitiesintheexperimentisincreasedto200, theweightofDNArequiredforcalculationwillexceedtheweightoftheearth.Inaddition, hundredsofmillionsofDNAmoleculesareverycomplex, andtheyarepronetodeteriorationanddamageduringthereactionprocess, andfatalerrorsmayevenoccurwhenadsorbedonthetesttubewall.Therefore, itwilltaketimeforDNAcomputerstotrulyenterreallife.

Actuellement, des scientifiques de nombreux pays du monde, y compris mon pays, surmontent et résolvent activement les problèmes susmentionnés.

Disciplines dérivées

Portails d'ADN, fragments d'ADN

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