DNA Bilgisayarları Nasıl Çalışır?


Siz bu makaleyi okurken, bilgisayar yongası üreticileri hız rekorlarını devirecek bir sonraki mikroişlemciyi yapmak için azimle yarışıyor. Yonga üreticilerinin daha hızlı bilgi işlem hızı elde etmek için yeni bir malzemeye ihtiyacı var.

Bilim insanlarının gelecek nesil mikroişlemcileri inşa etmek için ihtiyaç duydukları yeni malzemeyi nerede bulduklarına dair başlıktan fikir bulmuş olabilirsiniz. Vücudunuz da dahil olmak üzere canlı organizmaların içinde milyonlarca doğal süper bilgisayar vardır.

Genlerimizin yapıldığı materyal olan DNA (Deoksiribonükleik asit) molekülleri, dünyanın en güçlü insan yapımı bilgisayarlarından kat kat daha hızlı hesaplama yapma potansiyeline sahiptir. DNA, bilgisayarları daha da hızlı çalıştırabilecek biyoçiplere entegre edilebilir.

DNA bilgisayarları henüz emekleme döneminde bile laptopunuzdan milyonlarca kat daha fazla veri depolayabilecek. Bu makalede, bilim adamlarının önümüzdeki on yılda silikon tabanlı bilgisayarların yerini alabilecek nano bilgisayarlar oluşturmak için genetik materyali nasıl kullandıklarını öğreneceksiniz.

DNA Hesaplama Teknolojisi


DNA bilgisayarları henüz elektronik mağazalarda yok. Teknolojisi hala geliştirme aşamasında ve on yıl öncesine bakarsak bir kavram olarak bile mevcut değildi. Leonard Adleman 1994 yılında, DNA kullanma fikrini ortaya attı. Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde bir bilgisayar bilimcisi olan Adleman, 1953’te DNA’nın yapısını birlikte keşfeden James Watson tarafından yazılan “Gen Moleküler Biyolojisi” kitabını okuduktan sonra DNA’nın hesaplama potansiyeline sahip olduğu sonucuna vardı. DNA, genler hakkında kalıcı bilgileri saklama şekli bakımından sabit disklere çok benzerdir.

Adleman’a genellikle DNA bilgisayarlarının mucidi denir. DNA’nın iyi bilinen matematiksel bir problemi çözmek için nasıl kullanılabileceğini ana hatlarıyla açıkladı. Yönlendirilmiş Hamilton Yolu problemi, aynı zamanda “seyyar satıcı” problemi olarak da bilinir. Sorunun amacı, birkaç şehir arasındaki en kısa rotayı bulmak ve her şehirden yalnızca bir kez geçmektir. Soruna daha fazla şehir ekledikçe sorun daha da zorlaşır. Adleman, yedi şehir arasındaki en kısa rotayı bulmayı seçti.

Şu anda DNA bilgisayarı hız açısından silikon tabanlı bilgisayarlara meydan okumayacak kadar uzaktır. Adleman’ın DNA bilgisayarı hızlı bir şekilde bir grup olası cevap oluşturdu, ancak Adleman’ın olasılıkları daraltması günler aldı. DNA bilgisayarının bir başka dezavantajı, insan müdahalesi gerekmesidir. Fakat DNA hesaplamanın asıl amacı ise insan müdahalesinden bağımsız olarak çalışabilen bir cihaz yaratmaktır.

Adleman’ın yaptığı deneyden üç yıl sonrasında ise Rochester Üniversitesi’ndeki araştırmacılar DNA’dan yapılmış mantık kapıları geliştirdiler. Mantık kapıları, bilgisayarınızın yapmasını emrettiğiniz işlevleri yerine getirme biçiminin hayati bir parçasıdır. Bu kapılar, bilgisayardan geçen ikili kodu, bilgisayarın işlemleri gerçekleştirmek için kullandığı bir dizi sinyale dönüştürür. Şu anda mantık kapıları, silikon transistörlerden gelen giriş sinyallerini yorumlar ve bu sinyalleri, bilgisayarın karmaşık işlevlerini yerine getirmesine izin veren bir çıkış sinyaline dönüştürür.

Rochester ekibinin DNA mantık kapıları, bir PC’ninkine benzerdir. Mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için elektrik sinyalleri kullanmak yerine DNA koduna dayanır. Genetik materyalin parçalarını girdi olarak algılar, bu parçaları birbirine ekler ve tek bir çıktı oluştururlar. Araştırmacılar, bu mantık kapılarının DNA hesaplamasında bir atılım yaratmak için DNA mikroçipleriyle birleştirilebileceğini düşünüyor.

DNA bilgisayar bileşenlerinin -mantık kapıları ve biyoçiplerin- pratik, uygulanabilir bir DNA bilgisayarına dönüşmesi yıllar alacaktır. Bilim adamları, böyle bir bilgisayar inşa edilirse geleneksel bilgisayarlardan daha kompakt, doğru ve verimli olabileceğini söylüyorlar.

Silikon ve DNA Mikroişlemcileri


Silikon mikroişlemciler, 40 yılı aşkın süredir bilgisayar dünyasının kalbi olmuştur. Moore Yasası gereğince, bir mikroişlemciye takılan elektronik cihazların sayısı her 18 ayda iki katına çıktı. Moore Yasası, mikroişlemcilerin karmaşıklığının her iki yılda bir ikiye katlayacağını öngören bir yasadır. Birçok kişi, silikon mikroişlemcilerin fiziksel hızı ve minyatürleştirme sınırlanmaları nedeniyle Moore Yasasının yakında sona ereceğini düşünüyor.

Silikon yerine DNA kullanmanın birkaç avantajı vardır:

  • Hücresel organizmalar olduğu sürece, her zaman bir DNA kaynağı olacaktır.
  • Ulaşılabilir DNA kaynağı onu ucuz ham madde haline getiriyor.
  • Geleneksel mikroişlemcileri yapmak için kullanılan toksik materyallerin aksine, DNA biyoçipleri temiz bir şekilde yapılabilir.
  • DNA bilgisayarları, çok küçük boyutlara sahiptirler.

DNA bilgisayarının en önemli avantajı, çok az yer kaplaması ve küçük hale getirirken aynı zamanda daha fazla veri tutmasıdır. Yarım kilo DNA, şimdiye kadar yapılmış tüm elektronik bilgisayarlardan daha fazla bilgi saklama kapasitesine sahiptir ve gözyaşı büyüklüğünde bir DNA bilgisayarın hesaplama gücü, dünyanın en güçlü bilgisayarından daha güçlü olacaktır.

10 trilyondan fazla DNA molekülü, 1 santimetreküpten (0,06 inç küp) büyük olmayan bir alana sığabilir. Çok az miktardaki DNA ile bir bilgisayar 10 terabayt veri tutma yeteneğine sahiptir ve bir seferde 10 trilyon hesaplama yapabilir. Daha fazla DNA ekleyerek daha fazla hesaplama yapılabilir.

Geleneksel bilgisayarların aksine, DNA bilgisayarları diğer hesaplamalara paralel hesaplamalar yapar. Geleneksel bilgisayarlar, görevleri birer birer üstlenerek doğrusal şekilde çalışır. DNA’nın karmaşık matematik problemlerini saatler içinde çözmesine izin veren paralel hesaplamadır oysa bilgisayarların bunları tamamlaması yüzlerce yıl alabilir.

DNA bilgisayarlarının güçlü bilgi işlem güçlerini ulusal hükümetler tarafından gizli kodları kırmak için veya daha verimli rotalar haritalamak isteyen havayolları tarafından kullanılacak. DNA bilgisayarlarını incelemek ise bizi daha karmaşık bir bilgisayarı “insan beynini” daha iyi anlamaya da götürebilir.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz