Bilgisayar teknolojisi denildiğinde akla işlemciler, silikon çipler, devreler ve elektrik geliyor. Ancak bilim insanları hesaplama kavramını tamamen farklı bir noktaya taşımaya hazırlanıyor. Maynooth Üniversitesi’nden araştırmacıların geliştirdiği yeni bir DNA bilgisayarı, geleneksel elektronik bileşenler yerine DNA moleküllerinin etkileşimlerinden yararlanıyor.

Sistemin çalışması için klasik bir bilgisayardaki gibi elektronik işlemci veya sürekli elektrik beslemesi gerekmiyor. Araştırmacılar, bir damla tuzlu su, özel DNA dizileri ve kontrollü sıcaklık değişimi kullanarak hesaplama gerçekleştirebiliyor. Nature dergisinde yayımlanan çalışma, moleküler bilgisayarların gelecekteki kullanım alanları açısından dikkat çekici bir gelişme olarak değerlendiriliyor.

Hesaplama Görevini DNA Molekülleri Üstleniyor

Geliştirilen sistemde özel olarak tasarlanmış kısa DNA parçaları, daha uzun bir DNA iskelesiyle birlikte tuzlu su içerisinde bulunuyor. Karışımın ısıtılıp ardından kontrollü şekilde soğutulmasıyla DNA molekülleri etkileşime girerek belirli yapılar oluşturuyor.

Bu moleküler etkileşimler, bilgisayar işlemindeki hesaplama adımlarının karşılığı olarak kullanılıyor. Ortada geleneksel anlamda bir işlemci bulunmasa da DNA parçalarının etkileşimi sonucunda ortaya çıkan moleküler yapı, hesaplamanın sonucunu temsil ediyor.

Sistemin dikkat çeken noktalarından biri de hesaplama sürecinin klasik elektronik devrelerden farklı şekilde gerçekleşmesi. Elektrik sinyalleri yerine moleküllerin fiziksel ve kimyasal etkileşimlerinden yararlanılması, DNA bilgisayarlarını geleneksel bilgisayarlardan tamamen farklı bir teknoloji sınıfına taşıyor.

100 Bitlik Hesaplama ve Saniyeler İçinde Sonuç

DNA tabanlı bilgisayarların karşılaştığı temel sorunlardan biri işlem hızları. Yeni sistem ise moleküler bilgisayarlar açısından dikkat çekici bir performans ortaya koyuyor.

Araştırmacılar sistem üzerinde 10 farklı program çalıştırarak çarpma, bölme, parite tespiti ve toplama işlemleri gerçekleştirdi. Deneyler arasında 25 bitlik iki sayının toplanmasını içeren 100 bitlik bir hesaplama da yer aldı.

Basit işlemlerde sistem oldukça hızlı sonuç verebiliyor. Örneğin “10 + 3” işlemi yaklaşık 30 saniyede tamamlandı.

Daha büyük işlemlerde ise hesaplama süresi önemli ölçüde artıyor. Yaklaşık 11 milyon ile 34 milyon aralığındaki sayıların toplandığı bir deneyin tamamlanması 14 saate kadar sürdü.

Bu teknoloji henüz günlük bilgisayarların yerini alabilecek seviyede değil. Ancak moleküler ölçekte programlanabilir ve yeniden kullanılabilir hesaplama yapılabileceğini göstermesi açısından önemli bir araştırma alanının gelişmesine katkı sağlıyor.

DNA Bilgisayarı 25 Farklı Hesaplamada Kullanılabildi

Yeni DNA bilgisayarının öne çıkan özelliklerinden biri de yeniden kullanılabilir olması. DNA tabanlı hesaplama sistemlerinde moleküler bileşenlerin farklı işlemler için tekrar kullanılabilmesi önemli araştırma konularından biri.

Maynooth Üniversitesi ekibi, geliştirdiği sistemin art arda 25 farklı hesaplama gerçekleştirebildiğini gösterdi.

Bu özellik, moleküler bilgisayarların tek kullanımlık deneysel sistemlerin ötesine taşınabilmesi açısından önem taşıyor. Araştırmacılar sistemi sağlam, programlanabilir ve yeniden kullanılabilir bir moleküler hesaplama yaklaşımı olarak tanımlıyor.

Hedef Yalnızca Bilgisayar Üretmek Değil

DNA bilgisayarlarının potansiyeli, geleneksel hesaplama görevlerinin çok daha ötesine geçebilir. Araştırmacılar, moleküler sistemlerin son derece küçük alanlarda çalışabilmesinin gelecekte farklı biyolojik uygulamalara kapı açabileceğini düşünüyor.

Maynooth Üniversitesi’nde yürütülen daha geniş kapsamlı DNA Infrastructure for Storage and Computation (DISCO) projesi, Avrupa İnovasyon Konseyi Pathfinder Challenge programı kapsamında 4 milyon euro destek aldı. Proje, DNA tabanlı hesaplamanın yanı sıra DNA üzerinde veri depolama, okuma, yazma ve hesaplama yöntemlerinin geliştirilmesini amaçlıyor.

Araştırmacılar, bu tür moleküler sistemlerin gelecekte hücrelerin içinde çalışarak hastalıkların tespit edilmesi gibi biyolojik uygulamalarda kullanılabileceğini değerlendiriyor.

DNA’nın yüksek veri yoğunluğu sayesinde uzun süreli veri depolama da araştırılan alanlardan biri. Sentetik DNA üzerinde büyük miktarda verinin çok küçük fiziksel alanlarda saklanabilmesi, gelecekte dijital veri depolamaya alternatif yöntemlerin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.

Bugün için DNA bilgisayarlarının klasik bilgisayarların yerini alması beklenmiyor. Ancak bu çalışma, hesaplamanın yalnızca elektrik ve silikon üzerinden gerçekleştirilmek zorunda olmadığını gösteriyor. Gelecekte bilgisayar kavramı, işlemci ve devrelerden çok daha küçük bir ölçekte, moleküllerin dünyasında yeniden tanımlanabilir.