Informatici creano un sistema di calcolo molecolare riprogrammabile

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Gli informatici del Caltech hanno progettato molecole di DNA in grado di eseguire calcoli riprogrammabili, creando per la prima volta il cosiddetto autoassemblaggio algoritmico in cui lo stesso “hardware” può essere configurato per eseguire diversi “software”.

I calcoli da parte del DNA possono eseguire algoritmi a sei bit per compiti semplici. Il sistema è analogo a un computer, ma invece di utilizzare transistor e diodi, utilizza le molecole per rappresentare un numero binario a sei bit (ad esempio, 011001) sia come input che come output. Uno di questi algoritmi determina se il numero di 1 bit nell’input è pari o dispari, un altro determina se l’input è un palindromo e un altro ancora genera numeri casuali.

La possibilità di eseguire qualsiasi tipo di programma software senza dover cambiare l’hardware è ciò che ha permesso ai computer di diventare così utili. Il team ha di fatto implementato questa idea con molecole, essenzialmente incorporando un algoritmo all’interno della chimica per controllarne i processi.

Il sistema funziona con l’auto-assemblaggio: piccoli filamenti di DNA appositamente progettati si uniscono per costruire un circuito logico mentre contemporaneamente eseguono l’algoritmo. A partire dai sei bit originali che rappresentano l’input, il sistema aggiunge una fila dopo l’altra di molecole, eseguendo progressivamente l’algoritmo. Mentre i moderni computer elettronici digitali usano l’elettricità che scorre attraverso i circuiti per manipolare le informazioni, in questo caso sono le file di filamenti di DNA che aderiscono insieme per eseguire il calcolo.

Il risultato finale è una provetta piena di miliardi di algoritmi completati, ognuno simile a una sciarpa lavorata a maglia di DNA, la quale rappresenta una lettura del calcolo. Il modello su ogni “sciarpa” offre la soluzione all’algoritmo che stava utilizzando. Il sistema può essere riprogrammato per eseguire un algoritmo diverso semplicemente selezionando un sottoinsieme diverso di filamenti dai circa 700 che costituiscono il sistema.

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