Биокомпьютеры ( dna ( deoxyribonucleic acid ) computing )
DESCRIPTION
Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing ). Слева - НЖМД объёмом 44 Мб 1980-х годов выпуска, и (справа) CompactFlash объёмом 2 Гб 2000-х годов выпуска. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/1.jpg)
Биокомпьютеры (DNA (DeoxyriboNucleic Acid)
computing)
![Page 2: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/2.jpg)
Слева - НЖМД объёмом 44 Мб 1980-х годов выпуска, и (справа) CompactFlash объёмом 2 Гб 2000-х годов выпуска.
Всего-то прошло 20 лет, а технологии так быстро меняются. Интересно, что будет через 20 лет? Одним из направлений (на ряду с нанотехнологиями и квантовыми компьютерами) будет вычислительные устройства на основе ДНК.
![Page 3: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/3.jpg)
Что же такое биокомпьютер?Биокомпьютер — компьютер, который функционирует как живой организм или содержит биологические компоненты.
В качестве вычислительных элементов используются белки и нуклеиновые кислоты (ДНК), реагирующие друг с другом
![Page 4: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/4.jpg)
Немного истории
1994 год – опыт Леонарда Адельмана: молекулы ДНК могут решать вычислительные задачи, которые трудоемки для традиционных компьютеров. С 1994 года начинается история ДНК-вычислений
Подобие человека и машины: • Вычисление математических выражений, • Вычисление логических операции, • Накопление данных ( числовых, текстовых,
звуковых и художественно-графических)
1966 год - книга Дж. фон Неймана «Теория самовоспроизводящихся автоматов»
![Page 5: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/5.jpg)
Структура ДНКОснова ДНК - чередующиеся фосфаты и дезоксирибоза (сахара)
Двойная спираль ДНК «держится» на водородных связях между нуклеотидами.
Состав нуклеотидов:• пурины (аденин [A] и гуанин [G])• пиримидины (цитозин [C] и тимин [T])
![Page 6: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/6.jpg)
«Процесс вычислений»
Общая конструкция вычислительного модуля, использующий библиотеки ДНК ферментов и субстратов
![Page 7: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/7.jpg)
Логические элементы на основе ДНК
Американские исследователи попытались обойти эту проблему, сконструировав логические элементы на основе ДНК. Прежде всего, они создали элементы AND (и), OR (или) и XOR (исключающее или).
Проблема: различная природа входящего и исходящего сигнала => невозможность объединения элементов друг с другом в сложную схему.
На вход подаются фрагменты ДНК (около 24 нуклеотидов длиной);На выходе – олигонуклеотиды (тоже нуклеотиды)
![Page 8: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/8.jpg)
AND
Ферментная логика –логика, основанная на ферментах ДНК (части молекулы ДНК)
![Page 9: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/9.jpg)
OR, XOR
![Page 10: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/10.jpg)
ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
![Page 11: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/11.jpg)
Последние достижения2011 год – Эрик Уинфри и Лулу Цянь (Калифорнийский технологический институт) – наиболее продвинутый на сегодняшний день ДНК-компьютер
Задача: Извлечение квадратного корня и округление ответа до ближайшего целогоРезультат вычислений: цвета пробирок (из-за флуоресценции), которые преобразуются в бинарный код
Определение квадратного корня – лишь одна из возможных задач
![Page 12: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/12.jpg)
ДНК-оригамиТехнология получения сложных двумерных структур из молекул ДНК (Калифорнийский технологический институт, США).Технология получила название ДНК-оригами
![Page 13: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/13.jpg)
P.S.Создание микросхем, имитирующих сигналы и
обмен веществ в клеткахИсследователи обратились к полузабытой аналоговой электронике. С её помощью экспериментаторы смоделировали два типа взаимодействий между белками и ДНК.
Результат: Успешно смоделированы белковые процессы , происходящие внутри клетки
Используются все возможные состояния транзисторов
![Page 14: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/14.jpg)
ОЧЕНЬ ПОЛЕЗНЫЕ ИСТОЧНИКИ
• http://www.nature.com (забугорский)• http://www.membrana.ru• http://www.nanonewsnet.ru (наш, по сути
переведенный и сокращенный вариант 1-го источника, даже ссылки туда есть)
• https://www.google.com (лол)
![Page 15: Биокомпьютеры ( DNA ( DeoxyriboNucleic Acid ) computing )](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070420/56815fd3550346895dced0e3/html5/thumbnails/15.jpg)
КОНЕЦ