Pořídili jste si nový mobil? Uživatelé při zprovozňování často opakují stejné chyby – vy už ne
Nový software, nové funkce, změněný design: nový mobil přináší mnoho radosti a zajímavé…
Počítání s pomocí DNA: jak vhodně využít biologické počítače | foto: Pixabay
Vědci znovu experimentují s biologickými počítači, a mají v úmyslu je nasadit pro řešení extrémně náročných logických problémů. Například také v medicíně pro odhalování rizika rakoviny plic, nebo pro detekci toxických látek ve vodě. Jak se jim to daří, a na jaké obtíže při tom narážejí?
Superpočítač, který není větší než kapka tekutiny, a přitom dokáže provádět miliony výpočtů za vteřinu – takový stroj je bezpochyby snem každého vývojáře. Výzkumné týmy chtějí konstruovat výpočetní zařízení, jehož základem by byla molekula dědičnosti – deoxyribonukleová kyselina (DNA) – namísto křemíku.
Základní myšlenkou DNA počítače je nahradit křemík nukleovými kyselinami a elektrickými signály, které putují skrze chemická spojení. Zatímco křemík funguje na principu změn elektromagnetického pole, primitivní DNA počítače by se daly popsat jako zkumavka s různými molekulami, představující jednotlivé možnosti, jež mohou nastat.
S pomocí DNA počítačů bude možné snadno zjistit, zda konkrétnímu pacientovi hrozí rakovina plic. | Zdroj: Pixabay
Využití DNA počítačů je demonstrováno nejčastěji na problémech obtížně vyčíslitelných, kdy se namísto sofistikovaného algoritmu požívá metoda hrubé síly. Například luštění šifry dnes znamená vyzkoušet všechny možnosti. V případě DNA počítače budou všechny alternativy reprezentovány různými molekulami DNA, a stačí mezi nimi najít tu pravou. Přitom se vychází především z faktu, že ve zkumavce dostaneme z původní „sadby“ směs molekul, které budou držet pohromadě právě na základě komplementarity bází.
Klíčové je – a bez toho by DNA počítače vůbec pracovat nemohly – že řetězce, které nejsou přesně komplementární, spolu pohromadě držet nebudou. Právě proto je lze s úspěchem nasadit na řešení složitých problémů informatiky, na nichž by si klasické počítače vylámaly zuby.
Informatici v 90. letech bádali nad tím, jak by se DNA počítač dal využít pro řešení obtížného výpočetního úkolu – takzvaný „problém hamiltonovské cesty“ či „problém obchodního cestujícího.“ U tohoto zadání jde o to najít cestu skrze síť uzlů, které jsou navzájem propojené, a přitom je potřeba vyhledat cestu tak, že každý uzlový bod je navštívený právě jednou.
Informatik Leonard Adleman využil faktu, že v DNA se k sobě vážou jenom určité páry bází – adenin (A) s thyminem (T) a cytosin (C) s guaninem (G). Protože molekulární mechanismy při odečtení DNA připomínaly chování počítačových modelů, zdálo se Adlemanovi logické použít tyto molekuly pro řešení obtížných úkolů informatiky – jakým je právě problém hamiltonovské cesty.
Mezi odborníky Adlemanova metoda způsobila značné vzrušení, přestože jeho DNA počítač nazvaný TT-100, který sestával ze 100 mikrolitrů DNA v roztoku, uměl problém řešit jenom pro relativně přehlednou síť se sedmi uzly. Pro informatiky je ale problém hamiltonovské cesty velmi zajímavý, protože patří k třídě problémů, které jsou označeny jako „NP-úplné“ a patří tak k nejobtížnějším známým problémům vůbec – náklady na řešení totiž exponenciálně rostou s velikostí problému.
| Zdroj: Northwestern University
Biologové americké Northwestern University vyvinuli levné, jednoduché, snadno ovladatelné zařízení k testování vody, využívající principy podobné DNA počítačům. Během pár minut poskytne uživateli informaci, zda je voda pitná, či nikoli. Zařízení je vybavené sériemi osmi malých zkumavek, v nichž dochází k testu vzorků a které zeleně světélkují, pokud odhalí kontaminant.
Počet světélkujících zkumavek přitom odpovídá množství kontaminující látky. Když světélkuje jen jedna zkumavka z osmi, je dotyčná látka přítomná jen ve stopovém množství. Pokud světélkuje všech osm zkumavek jedné série, pak je voda touto látkou silně znečištěná. Jak uvádí vedoucí výzkumu Julius Lucks, každá ze zkumavek v sérii byla naprogramovaná na jiný práh detekce kontaminující látky. Podle Luckse nyní bude možné vytvářet a v praxi využívat mnoho rozmanitých DNA počítačů pro chytrou diagnostiku.
Nový software, nové funkce, změněný design: nový mobil přináší mnoho radosti a zajímavé…
Zajímalo by vás, jaké informace o vašem uživatelském účtu si WhatsApp ukládá? Tak si o ně…
Online služba VirusTotal pomocí několika desítek virových skenerů prověří soubory na…
Po několika minutách brouzdání na internetu se z okna prohlížeče stane smetiště panelů, kde…
Technologické firmy redukují počty svých zaměstnanců, včetně Microsoftu. Lidé z oboru se…
Humanoidní robot Atlas společnosti Boston Dynamics umí tančit, umí parkour a nyní také…
Propouštění v technologické branži nebere konce. Nyní oznámil také hardwarový a softwarový…
Firma, se kterou je spjato jméno Elona Muska, skončila už třetí rok po sobě v černých číslech…