アイルランドの研究者たちは、これまでで最も高速かつ複雑な「DNAコンピュータ」の一つを創造したと発表しました。このシステムはメイヌース大学（Maynooth University）によって設計されており、この画期的な成果は、微視的な遺伝コードが過去に電子マイクロチップに限定されていた数学的計算を実行できることを示しています。このシステムは、塩水液滴の中で相互作用するDNA鎖で構成されており、長いDNA骨格と熱を利用して計算を行い、持続的な電力供給を必要としません。この「革新的な」分子コンピュータは、簡単な乗算、除算、加算を実行できます。
電力を必要とせずに計算を行うDNAベースのストレージと計算インフラは、バイオコンピューティングの未来の方向性を示しています。これらのアーキテクチャは、ビットを磁性表面に書き込んだり、シリコントランジスタを介して論理を実行したりするのではなく、デジタル情報を4種類のコア遺伝塩基の特定の配列に変換します：アデニン、シトシン、グアニン、チミン。さまざまな機関や組織がDNAベースのシステムに取り組んでいます。例えば、カリフォルニア工科大学のチームは、DNAベースの人工ニューラルネットワークを開発し、分子相互作用を通じて溶液中で手書きの数字（0-9）を認識できるようにしました。
現在、この分野の研究と開発は加速しており、特に現代の電子製品のエネルギー消費が急速に増加している中で進んでいます。アイルランドだけでも、標準的なデータセンターは国内の23%の電力供給を消費しています。
DNAコンピュータの動作原理とその可能性
メイヌース大学ハミルトン研究所のダミアン・ウッズ教授は、「私たちは常に一つのコンピュータしか見ていませんが、周囲には他の例もあります。私たちの脳もその一つです。」と述べています。シリコンチップの問題を解決するために、研究者たちは回路基板を生物ベースのコンポーネントに置き換えました。このプロセスは非常にシンプルで、低技術のものです。科学者たちは短いDNA断片を長いDNA骨格と混ぜ、小型の塩水液滴の中で行います。短い熱パルスが生物相互作用を起動します。液体がゆっくりと冷却するにつれて、数百万の微視的な鎖が集まり、反応し、自己組織化して複雑な分子パターンを形成し、最終的な答えを示します。
単一の電線や持続的な電源に依存することなく、最終的に自己組織化された分子構造が計算の結果となります。
メイヌース大学ハミルトン研究所の助教授でコンピュータ科学者のアビール・アイシュラ博士は、「一滴の液体には数十億、時には数兆のDNA鎖が含まれています。これらの鎖は相互作用して結果を生成します。」と述べています。この液滴の能力は驚くべきものです。テスト運用では、チームは10の異なるプログラムを実行しました。この分子システムは、30秒以内に10 + 3のような基本的な数学問題を解決し、3400万の100ビット加算を含む複雑な計算は約14時間で完了しました。注目すべきは、この設定が使い捨てではなく、チームは同じ液滴内で最大25回の連続計算を行い、性能の低下はありませんでした。
ウッズ教授は、「重要な革新の一つは、このシステムが持続的なエネルギー入力なしで自然に答えを見つけることができるという点です。」と付け加えました。液体処理技術は、今日の高速スマートフォンを置き換えるものではありませんが、絶対的な速度が主要な目的ではありません。アイシュラ博士は、「反応は試験管内で非常に速く発生しますが、シリコンチップほど速くはなく、それを目指しているわけでもありません。しかし、他のDNAコンピュータと比較すると、私たちは確かに最速です。」と述べています。チームは400万ユーロの欧州イノベーション理事会の助成金を受けており、DISCOプロジェクトと呼ばれ、電子チップが処理できないアプリケーションの開発を目指しています。
DNAは比類のないストレージ密度と生物適合性を提供します。将来のバージョンは、密集したデジタルファイルを数千年保護する可能性があり、さらには人体の血液中を漂流して細胞ごとに病気を識別できるかもしれません。