Βιοτσίπ που περιέχει DNA για βιοϋπολογιστές και τεχνητή νοημοσύνη

Ερευνητική ομάδα στις ΗΠΑ δημιούργησε ένα νέο τσιπ για χρήση σε βιοϋπολογιστές το οποίο κάνει υπολογισμούς χρησιμοποιώντας ένα υπόστρωμα DNA και μαθηματικές πράξεις απαραίτητες για την εκπαίδευση τεχνητής νοημοσύνης και την επεξεργασία μεγάλων δεδομένων.

Οι ερευνητές περιέγραψαν το τσιπ βιοϋπολογιστών στην επιθεώρηση «PLOS One».

Το DNA είναι γνωστό ως το προσχέδιο για τη ζωή και κωδικοποιεί γενετικές πληροφορίες όπως τα δεδομένα μπορούν να κωδικοποιηθούν σε συσκευές αποθήκευσης που βασίζονται σε ηλεκτρονικές συσκευές.

Συσκευές που βασίζονται σε DNA έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για την κωδικοποίηση δεδομένων σε μικρή κλίμακα, αλλά αυτό το πρωτότυπο τσιπ χρησιμοποιεί DNA και για την επεξεργασία δεδομένων

«Το DNA είναι εξαιρετικό στην αποθήκευση πληροφοριών, στην πραγματικότητα, είναι πολύ καλύτερο από τους ηλεκτρονικούς τρόπους λειτουργίας της μνήμης, επειδή είναι περίπου 3 έως 6 τάξεις μεγέθους πιο συμπαγές από το μεγαλύτερο μέρος του υλικού μνήμης που έχουμε· είναι επίσης πολύ πιο αξιόπιστο και ανθεκτικό» αναφέρει ο Άμλαν Γκάνγκιουλι επικεφαλής του Τμήματος Μηχανικών Υπολογιστών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ και εκ των επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

Το DNA έχει προταθεί εδώ και καιρό ως πιο αποτελεσματικός τρόπος αποθήκευσης δεδομένων από τις συμβατικές μεθόδους, όπως οι σκληροί δίσκοι και οι μονάδες SSD.

Εταιρείες όπως η Microsoft έχουν επίσης προσδιορίσει το DNA ως έναν υποψήφιο για αποθήκευση και διαχείριση ποσοτήτων δεδομένων που εκτινάσσονται στα ύψη.

Οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει στο παρελθόν συσκευές αποθήκευσης με βάση το DNA.

Ωστόσο, οι ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων σε πλατφόρμες αποθήκευσης που βασίζονται σε DNA είναι πολύ πιο αργές από τις συμβατικές συσκευές αποθήκευσης και έχουν επίσης μεγαλύτερο κόστος.

Όμως η επεξεργασία δεδομένων σε συσκευές κατασκευασμένες από DNA δεν έχει διερευνηθεί.

>Η μέθοδος

Στη μελέτη οι ερευνητές προσπάθησαν να βρουν τρόπους για να χειριστούν το DNA σε μοριακό επίπεδο για να αντικατοπτρίσουν πολλές από τις λειτουργίες που μοιράζεται το DNA με τους υπολογιστές, όπως η αλληλουχία (ανάγνωση δεδομένων) και η σύνθεση (εγγραφή δεδομένων).

Τα κωδικοποιημένα δεδομένα στο DNA με κοπή τμημάτων της μοριακής αλυσίδας σε διάφορα σημεία για να αναπαραστήσουν τα 1 και 0 του δυαδικού συστήματος αντιπροσώπευαν διαφορετικούς υπολογισμούς χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο μικρορευστωδών καναλιών.

Αυτό μεταφέρει υγρά γύρω από ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα για να εκτελέσει λειτουργίες ως χημικές αντιδράσεις.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να αποθηκεύσουν και να επεξεργαστούν δεδομένα στο ίδιο τσιπ και να εκτελέσουν βασικούς υπολογισμούς που μπορεί μια μέρα να βοηθήσουν στην εκπαίδευση μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης.

Η επεξεργασία δεδομένων με βάση το DNA προσφέρει πολλά οφέλη.

Σε αντίθεση με τους συμβατικούς υπολογιστές, τα στοιχεία αποθήκευσης και υπολογισμού χειρίζονται από το ίδιο στοιχείο και όχι από ξεχωριστά, αν και αυτό δεν είναι ένα όφελος που απομονώνεται στην αποθήκευση DNA.

Αυτό σημαίνει ότι επειδή το DNA μπορεί να αποθηκεύσει έως και 1.000 φορές περισσότερα δεδομένα ανά μονάδα όγκου από ότι οι μονάδες SSD η επεξεργασία αυτών των δεδομένων γίνεται πιο αποτελεσματική.

Η επεξεργασία του DNA μπορεί επίσης να προσφέρει «άνευ προηγουμένου παραλληλισμό» πραγματοποιώντας δισεκατομμύρια εργασίες ταυτόχρονα έγραψαν οι ερευνητές στην εργασία τους.

Αυτή η νέα συσκευή είναι μια απόδειξη της αρχικής ιδέας και οι επιστήμονες ελπίζουν ότι με την κλιμάκωση της συσκευής μπορεί μια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την εκπαίδευση συστημάτων AI.

«Αυτή είναι η γέφυρα από την αποθήκευση στον υπολογισμό και τη χρήση του DNA ως μέσου για τον υπολογισμό» υποστηρίζει ο Γκάνγκιουλι προσθέτοντας ότι ένας υπολογιστής κατασκευασμένος από ένα υπόστρωμα DNA θα μπορούσε να είναι πολύ πιο περιβαλλοντικά βιώσιμος από τα παραδοσιακά ηλεκτρονικά.