SME
Utorok, 27. júl, 2021 | Meniny má BoženaKrížovkyKrížovky

Najlepšia značka počítačov: DNA

Nová generácia výpočtovej techniky ešte nebude živá, no namiesto kremíka už dokáže využívať časti DNA.

(Zdroj: ROHIT KHANDURI)

Historicky najúspešnejším výpočtovým systémom je bunka.

Nielenže obsahuje kompletný program na vytvorenie novej bytosti, no počas svojho života urobí obrovské množstvo presných kalkulácií, pred ktorými bledne celá moderná elektronika.

Je to vlastne logické. Elektroniku poznáme niečo vyše polstoročia, bunky zdokonaľujú svoje výpočty miliardy rokov.

Elektronika pracuje s tvrdým kremíkom, bunka s tvárnymi molekulami DNA. Súčasné superpočítače sú obmedzené binárnou sústavou, logikou áno - nie a v konečnej fáze aj Moorovým zákonom.

Skryť Vypnúť reklamu

Bunka má k dispozícii kombinácie štyroch základných súčastí DNA, ktoré označujeme ako písmená A, G, C a T. Môže sa vďaka nim dostať za hranice klasických počítačov a používať aj fuzzy logiku (teda rozmazanú, nejednoznačnú).

O možnosti použiť živý organizmus buď ako vzor, alebo priamo ako nástroj efektívnejšieho počítania, uvažovali už otcovia moderných počítačov Brit Alan Turing a Američan John von Neumann.

IG nobelovka pre Japoncov a Maďarov

Myšlienka skúmať, využiť a postaviť živé počítače sa zatiaľ pohybuje niekde na pomedzí medzi klasickou a novou oblasťou výpočtovej techniky, poviedkou žánru fantasy a humoristickou jednoaktovkou.

Čosi o tom naznačuje udelenie recesistickej IG Nobelovej ceny za rok 2008 japonskému tímu Tošijuku Nakagakiho z Inštitútu fyzikálneho a chemického výskumu v Japonsku (plus ich maďarskej kolegyni Ágote Tóthovej zo Szegedskej univerzity).

Skryť Vypnúť reklamu

Námetom ich výskumu bolo, že slizavka, jednobunkový organizmus z ríše améb meniacich tvar, dokáže nájsť najkratšiu cestu bludiskom pri hľadaní potravy - čiže baktérií, húb alebo drobných kúskov organického materiálu.

Japonsko-maďarský tím zistil, že meňavkovité bunky, ktoré fungujú ako jediný organizmus, sa v bludisku rozdelia a preskúmajú cesty k potrave umiestnenej pri východe. Keď ju niektorá z buniek nájde, zvyšok sa stiahne, opustí nevýhodné zákruty a vydá sa rovno k potrave.

Primitívny počítač vyriešil problém, ako nájsť najkratšiu cestu medzi dvoma bodmi v priestore. To ešte nie je nijaký zázrak, no možnosti améby sa tým nekončia. Keď tých spojených bodov v priestore bude viac, pôjde o informatický problém obchodného cestujúceho.

Skryť Vypnúť reklamu

Tento pán má navštíviť niekoľko miest a chce šetriť cestovné náklady, preto medzi nimi hľadá najkratšiu možnú spojnicu. Rovnako ako améba, akurát s tým rozdielom, že tá na to nepotrebuje nijaké tranzistory ani Moorove zákony.

Rozosmeje, no núti aj rozmýšľať

Japonsko-maďarský tím získal za objav schopností slizovky cenu od Ignáca Nobela, ktorá „ľudí najskôr rozosmeje, no potom ich donúti, aby začali rozmýšľať“.

Podobne je to aj s nasledujúcou víziou amerického informatika Martyna Amosa, ktorý IG Nobelovu cenu síce ešte nemá, no zato už získal ako prvý človek na svete doktorát za prácu o biopočítačoch.

Jeho scéna z budúcnosti pochádza z knihy Genesis Machines, ktorú v češtine pod názvom Na úsvitu živých strojů vydala Mladá fronta: Stanford, Kalifornia, jún 2015. Programátor Neal Mendal ráno prichádza do svojej kancelárie vo firme Advanced BioComputing.

Skryť Vypnúť reklamu

Jeho prvou úlohou je nakŕmiť hladnú hlavnú procesorovú jednotku počítača riedkou organickou tekutinou, ktorá pripomína vývar.

Keď dostanú bunky potravu, môžu sa pustiť do práce. Spolu s bunkami začína pracovať aj Mendal. Náplňou jeho snaženia však nie je nijaký výpočet, ale lúštenie a najmä pochopenie jazyka kolónie miniatúrnych tvorov.

Mendal musí vypátrať, ako bunky robia výpočty, pri ktorých používajú inú logiku než klasické počítače. Musí sa dozvedieť veľa o tom, ako pretvárajú dáta a manipulujú s nimi.

Aby mohli organické počítače v budúcnosti konkurovať kremíkovým, Mendal musí zvládnuť kompletný preklad jazyka buniek do ľudského a naopak, preklad ľudských inštrukcií do ich jazyka.

Chýbajúci článok

K mnohým technickým problémom biopočítania patrí napríklad zvládnutie nového spôsobu zobrazenia zložitých výsledkov získaných výpočtami DNA na displeji, ktorý funguje s použitím neživých elektrónov.

Skryť Vypnúť reklamu

Podľa Jian-Jun Shua z Nanyangskej technickej univerzity v Singapure vedci potrebujú nájsť chýbajúci článok medzi schopnosťami elektrónov a rýchlosťou práce DNA, ktorá nie je obmedzená rýchlosťou svetla.

Jian-Jun Shu so svojimi študentmi Qi-Wen Wangom a Kian-Yan Yongom navrhli nový spôsob manipulácie s úsekmi DNA pri riešení určitých výpočtových problémov.

„Do výpočtov pomocou DNA musí teraz často zasahovať človek. Chceli by sme to upraviť tak, aby bolo potrebných menej ľudských zásahov,“ vysvetlil Shu pre webové stránky PhysOrg.com.

„V kremíkových počítačoch nechávame robiť centrálnu jednotku všetko, a aj my sa potrebujeme dostať do momentu, keď naučíme robiť DNA všetko.“

Prvý bol Adleman

Oblasť biopočítačov už dávno nestojí iba na nesúrodých víziách malej skupinky vedcov. Prvý veľký úspech zaznamenala nová oblasť v novembri 1994.

Skryť Vypnúť reklamu

Vtedy známy americký počítačový expert a profesor na Univerzite Južnej Karolíny Leonard Adleman zostavil a použil prvý molekulárny počítač.

Dokázal, že čudesný molekulárny hybrid zložený zo skúmaviek, gélov a vlákien živej DNA sa môže uplatniť pri výpočtoch a trebárs práve pri riešení známeho problému obchodného cestujúceho, ktorý hľadá najkratšiu možnú cestu medzi siedmimi americkými mestami.

Opis tejto procedúry je pre laikov natoľko zložitý, že prípadných záujemcov odkazujeme na knihu Martyna Amosa.

Dodajme len, že dôležitú úlohu pri ňom hrá gélová elektroforéza, čiže postup známy napríklad z oblasti kriminalistiky alebo pri identifikácii ľudí podľa ich DNA.

Druhou významnou genetickou metódou, bez ktorej by zostali DNA počítače fikciou, je metóda PCR, čiže proces na zväčšovanie množstva sekvencií nukleových kyselín. Vynašiel ju jeden z najoriginálnejších žijúcich genetikov, nositeľ Nobelovej ceny Kary Mullis.

Skryť Vypnúť reklamu

Za zmienku stojí, že časopis New Scientist v čase sporov o Mullisovo prvenstvo pri objave PCR napísal: „Ak zoberieme do úvahy počet právnikov, ktorí proti metóde PCR bojujú, ide rovnako o zlatú baňu ako o vedecký prelom.“

V roku 2002 zostavil Adleman oveľa komplikovanejší systém. Dokázal vyriešiť úlohu s dvadsiatimi premennými, ponúkajúcimi asi milión možných riešení.

Tím Ehuda Shapira z Weizmannovho výskumného ústavu v Izraeli už dávnejšie pripravil DNA počítač, ktorý prevyšuje rýchlosť klasických vyše 300-tisíckrát.

Existujú aj DNA počítače, ktoré vedia fungovať vnútri ľudských buniek a určiť, či je bunka zdravá, alebo chorá. V perspektíve by teda mohli DNA počítače určovať nielen presnú diagnózu, ale aj cielenú liečbu.

Kedy to bude? Amosova vízia nasmerovaná do kalifornského rána v júni 2015 sa síce v mnohých laboratóriách už realizuje, no pokiaľ ide o možnosti komerčného využitia biopočítačov, experti sú väčšinou skeptickí a hovoria o desiatkach rokov.

Skryť Vypnúť reklamu

Tak je to v novej vednej oblasti takmer vždy.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Jaroslav Spišiak je poradcom ministra vnútra Romana Mikulca.

Spišiak pomáha s reformou polície.


18 h
K výbuchu došlo v industriálnom parku pre chemický priemysel Chempark.

Zranených je najmenej 16 ľudí, štyria sú nezvestní.


a 4 ďalší 3 h

Neprehliadnite tiež

Rozhovor s doktorandom filozofie Jakubom Betinským


5 h
Jeff Bezos.

Bezos ponúka NASA zľavu dve miliardy dolárov na lunárny pristávací modul.


TASR 8 h
Ilustračné foto.

Meteor zrejme dopadol naďaleko mesta.


TASR 26. júl
Kozmická loď Progress (tmavá časť v hornej časti záberu) je pripojená k modulu Pirs od februára. Spoločne zhoria v atmosfére.

Na pripojenie už čaká Nauka.


26. júl

Inzercia - Tlačové správy

  1. Najzelenšie nákupné centrum na Slovensku otvorí druhú etapu
  2. M. Šmigura: Pozeráme sa smerom na Varšavu
  3. Nová sála i námestie. Trnavské Mýto sa stane novým centrom
  4. Osviežujúci skúter legendárnej talianskej značky
  5. Čítajte SME.sk odomknuté a bez reklamy
  6. Túžite sa konečne zbaviť dioptrií, ale bráni vám v tom strach?
  7. Lenivý brunch s Muchom
  8. Úchvatná Petra: Stovky rokov zabudnutá v jordánskej púšti
  9. Sudoku na leto: Nenechajte sivé bunky zaháľať ani cez prázdniny
  10. Od Česka až po Jadran
  1. Wüstenrot predstavuje novú stratégiu pre slovenský trh
  2. Na zmenu zdravotnej poisťovne vám po novom stačia 3 minúty
  3. Brusnica – lahodná i účinná zároveň
  4. Osviežujúci skúter legendárnej talianskej značky
  5. Čítajte SME.sk odomknuté a bez reklamy
  6. Slovník investora 07: Bitcoin a jeho úloha v portfóliu investora
  7. Túžite sa konečne zbaviť dioptrií, ale bráni vám v tom strach?
  8. 100% ovocné šťavy pod lupou – Prečo sa ich oplatí konzumovať?
  9. Ako zvýšiť produktivitu vašej prevádzky?
  10. Lenivý brunch s Muchom
  1. Úchvatná Petra: Stovky rokov zabudnutá v jordánskej púšti 10 502
  2. Ako nájsť dobrý jogurt? Ak neobsahuje toto, ani ho nekupujte 5 991
  3. Prečo by ste si nemali odoprieť balenú bagetu? 5 764
  4. Slovenské čučoriedky? Nemusíte ísť do lesa, kúpite ich v reťazci 4 330
  5. Investovať do akcií a ETF v malom sa teraz dá výhodnejšie 4 275
  6. Od Česka až po Jadran 3 877
  7. Ako sa nepripraviť o zákazníkov bez hotovosti 3 131
  8. Nikto im nezatlieska. Koľko medailí získajú Slováci v Tokiu? 3 111
  9. Sudoku na leto: Nenechajte sivé bunky zaháľať ani cez prázdniny 2 096
  10. Nová sála i námestie. Trnavské Mýto sa stane novým centrom 2 092