Den DNA Datamaskinen er en av de ikke-elektroniske måter Java utforsket for å løse kombinatoriske problemer . Det krever ikke generaliteten og fleksibiliteten til en generell datamaskin. Snarere er det en spesialisert enhet som en grafikkprosessor , lydkort eller konvolver . Prinsippet, som ble uttalt av Leonard Adleman i 1994, "består i å kode en forekomst av problemet med DNA-tråder og å manipulere dem med de klassiske verktøyene for molekylærbiologi for å simulere operasjonene som vil isolere løsningen på problemet, hvis det er den eksisterer. "
Dette domenet ble opprinnelig utviklet av Leonard Adleman fra University of Southern California i 1984. Adleman demonstrerte konseptet med å bruke DNA som en form for beregning for å løse et syvpunkts Hamilton-sti-problem . Siden Adlemans første eksperimenter har det blitt gjort fremskritt, og det har vært mulig å bevise at forskjellige Turing-maskiner kan bygges.
Selv om den opprinnelige interessen har vært å bruke denne tilnærmingen til å løse problemene NP-hard (in) , ble det snart klar over at noen konsepter ikke er de mest egnede for denne typen beregninger, og det er kommet flere forslag for å finne en " drapssøknad "av denne tilnærmingen. I 1997 foreslo datavitenskapsmann Mitsunori Ogihara som jobbet med biologen Animesh Ray en slik drapssøknad som evaluering av boolske kretser .
I 2002 utviklet forskere ved Weizmann-instituttet i Rehovot , Israel , en programmerbar molekylær datamaskin, som består av enzymer og DNA-molekyler i stedet for silisiummikrobrikker. 28. april 2004 kunngjorde Ehud Shapiro (in) , Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor og Rivka Adar fra Weizmann Institute i tidsskriftet Nature at de hadde bygget en DNA-datamaskin kombinert med en modulinngang og -utgang, teoretisk i stand til å diagnostisere kreftaktivitet i en celle, og til å produsere et antikreftmedisin på diagnosetidspunktet.
I januar 2013 klarte forskere å lagre et JPEG- bilde , et sett med Shakespeare-sonetter og en lydfil av Martin Luther King Jr.s «I have a dream» -tale i digital DNA-datalagring .
I mars 2013 opprettet forskerne en transkripsjonist (in) (en biologisk transistor).
Ved å anvende fragmenter av DNA- tråder , begrensninger av en forskning kan kodes i form av enzymer . I en prosess med montering og duplisering av deoksyribonukleiske baser, blir fragmentene som ikke oppfyller problemets begrensninger eliminert av disse enzymene. På slutten av prosessen er det bare DNA-kjeder som inneholder løsningen på det søkte problemet.
Et databehandlingssystem som bruker DNA er basert på kodingsmekanismer som er fundamentalt forskjellige fra de på den vanlige datamaskinen: i våre klassiske maskiner er det manipulering av elektriske ladninger som bæres av elektroner i svitsjeanordninger. Elektroniske enheter (transistorer) som materialiserer den kodede informasjonen i binær skjema. På DNA-baserte datamaskiner oversettes informasjonen i form av de kjemiske enhetene til DNA.
Prinsippet for beregning med en datamaskin basert på DNA, består i å syntetisere bestemte DNA-sekvenser og la dem reagere i et prøverør.
For å løse beslutningsproblemer som den berømte Hamilton-banen (er det en bane som forbinder alle hjørnene i en gitt graf?), Vi konstruerer en DNA-løsning der DNA-molekylene konvensjonelt koder hver av de mulige banene mellom to punkter. Ved en prosess som veksler mellom separasjons- og forsterkningstrinnene, blir strengene som koder for en bane som bruker kanter som ikke er i grafen, eliminert til en mulig løsning er isolert (bare låner eksisterende kanter).
Den ekstreme tregheten til dette systemet (hvis responstider telles i minutter, timer eller dager, og ikke i mikrosekunder) kompenseres av dets massivt parallelle side: flere millioner eller milliarder molekyler samhandler med hverandre. På den annen side er inngangene / utgangene langt fra å ha bekvemmeligheten til våre nåværende datagrensesnitt.
De første resultatene ble oppnådd av Leonard Adleman ( NASA , JPL )
I 2002 opprettet J. Macdonald, D. Stefanovic og M. Stojanovic en DNA-kalkulator som er i stand til å spille Tic-tac-toe mot en menneskelig spiller. Kalkulatoren består av ni kasser som tilsvarer de ni boksene i spillet Hver kasse inneholder et substrat og forskjellige kombinasjoner av DNA-enzym. Substratet i seg selv består av en DNA-streng som en fluorescerende kjemisk gruppe er blitt podet i den ene enden og en repressorgruppe i den andre. Fluorescens er bare aktiv hvis molekylene i substratet blir kuttet i to. Enzymatiske DNA simulerer logiske funksjoner . For eksempel vil slikt DNA utfolde seg hvis to spesifikke typer DNA-streng blir introdusert, som etterligner den logiske AND-funksjonen.
Som standard skal kalkulatoren spille først i midtboksen. Den menneskelige spilleren har som inngang åtte forskjellige typer DNA-tråder tildelt hver av de åtte cellene som han sannsynligvis vil spille. For å indikere at han merker av boks nr. I, helles den menneskelige spilleren strengene som tilsvarer oppføring nr. I alle søppelkassene. Disse trådene binder seg til visse enzymatiske DNA-er som er tilstede i skuffene, noe som i en av dem forårsaker deformasjon av det enzymatiske DNA som binder seg til underlaget og kutter det. Den tilsvarende skuffen blir deretter fluorescerende, og indikerer hvilken rute som spiller DNA-kalkulatoren. De forskjellige enzymatiske DNAene fordeles i de forskjellige søppelkassene for å sikre seieren til DNA-kalkulatoren mot den menneskelige spilleren.
I 2009 ble det inngått et partnerskap mellom IBM og CalTech med sikte på å produsere “DNA-chips”. En gruppe jobber med produksjon av disse nukleinsyre-integrerte kretsene i CalTech selv. En av disse sjetongene beregner hele kvadratrøttene. En kompilator ble skrevet i Perl .