Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Scripps ở Califonia (Mỹ) và Viện nghiên cứu công nghệ Israel đã phát triển một “máy tính sinh học” mang tên Turing , tên của tác giả tạo ra nó hoàn toàn từ các phân tử sinh học có khả năng lập và giải mã những hình ảnh trên các vi mạch ADN bất chấp ADN được dùng ...
Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Scripps ở Califonia (Mỹ) và Viện nghiên cứu công nghệ Israel đã phát triển một “máy tính sinh học” mang tên Turing, tên của tác giả tạo ra nó hoàn toàn từ các phân tử sinh học có khả năng lập và giải mã những hình ảnh trên các vi mạch ADN bất chấp ADN được dùng để lập mã dữ liệu trong quá khứ.
>>> Xuất hiện máy tính gấp cảm ứng
Đây được coi là bằng chứng đầu tiên về một phân tử hình ảnh bí mật dựa trên máy tính ADN. Thay vì sử dụng phần cứng máy tính truyền thống, nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu là GS Ehud Keinan Viện nghiên cứu Scripps đã tạo ra một hệ thống máy tính sử dụng các phân tử sinh học, khi phần mềm phù hợp được ứng dụng vào máy tính sinh học này, nó có thể giải mã, tách biệt những hình ảnh huỳnh quang và biểu tượng Technion.
Giải thích về công việc liên minh giữa sinh học và khoa học máy tính, GS. Keinan cho rằng, máy tính được cấu tạo từ 4 thành phần, đó là phần cứng, phần mềm, đầu ra và đầu vào. Những chiếc máy tính truyền thống thường là những thiết bị điện tử, máy móc mà cả đầu vào và đầu ra là những tín hiệu điện tử.
Phần cứng là một tổ hợp thành phần cấu tạo phức tạp của các thiết bị nhựa, kịm loại, dây dẫn và mạch tích hợp. Còn phần mềm là một chuỗi các tài liệu được cài trên máy dưới định dạng các tín hiệu điện tử.
“Trái ngược với những chiếc máy tính điện tử, có những máy tính không có 4 thành phần nói trên, nhưng lại có những phân tử”, Keinan nói.
Các nhà khoa học đã phát triển “máy tính sinh học” có khả năng
lập và giải mã hình ảnh trên vi mạch ADN. (Ảnh: Science Daily).
Thiết bị máy tính sinh học được thiết kế bởi nhà toán học, nhà giải mật mã và nhà khoa học máy tinh tên là Alan Turing, 75 tuổi người Anh. Ông cũng là người có tầm ảnh hưởng phát triển khoa học máy tính cao, đồng thời ông cũng chính là người có vai trò quan trọng trong việc chế tạo ra chiếc máy tính hiện đại hiện nay.
Cơ chế hoạt động của máy tính sinh học Turing là chứa một loạt các biểu tượng và ký tự nhằm gợi nhớ lại một sợi ADN. Theo đó, phần đầu đọc chạy từ một ký tự đến ký tự khác và mỗi một điểm nó diễn ra 4 hoạt động. Đó là đọc ký tự, thay thế ký tự đó bằng ký tự khác, thay đổi trạng thái hoạt động bên trong và chuyển tới vị trí tiếp theo.
Một bảng hướng dẫn được biết đến như những nguyên tắc hướng dẫn sử dụng.
“Ông tổ” Keinan hi vọng, mẫu máy tính sinh học này sẽ cạnh tranh với phiên bản máy tính điện tử hiện nay.
Nghiên cứu này đã được xuất bản gần đây trên tờ Angewandte Chemie.
Tại Viện nghiên cứu Scripps ở California, Mỹ, cùng Viện nghiên cứu công nghệ Israel, các nhà khoa học đã phát triển một dạng “máy tính sinh học” đặc biệt mang tên Turing. Hệ thống này được cấu tạo hoàn toàn từ các phân tử sinh học, có khả năng lập mã, giải mã hình ảnh trên những vi mạch ADN thay vì dựa vào linh kiện điện tử truyền thống. Công trình gây chú ý vì cung cấp bằng chứng đầu tiên về một hình thức hình ảnh bí mật được tạo dựng và xử lý bằng máy tính ADN trong môi trường nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu do GS Ehud Keinan thuộc Viện nghiên cứu Scripps dẫn đầu, hướng tới việc chứng minh rằng các phân tử sinh học cũng có thể đảm nhiệm nhiều chức năng tính toán. Khi được kết hợp với phần mềm phù hợp, hệ thống có thể giải mã, phân tách những hình ảnh huỳnh quang cùng biểu tượng Technion được mã hóa trên vi mạch ADN. Cách tiếp cận này mở ra một góc nhìn khác về máy tính, trong đó ADN không chỉ lưu trữ dữ liệu sinh học mà còn tham gia trực tiếp vào quá trình xử lý thông tin.
Để giải thích sự kết hợp giữa sinh học và khoa học máy tính, GS Keinan phân tích rằng một máy tính thường được xem xét qua bốn thành phần cơ bản là phần cứng, phần mềm, đầu vào và đầu ra. Trong các thiết bị điện tử quen thuộc, đầu vào và đầu ra thường xuất hiện dưới dạng tín hiệu điện tử, còn phần cứng gồm nhựa, kim loại, dây dẫn cùng những mạch tích hợp phức tạp. Phần mềm của máy tính truyền thống là chuỗi tài liệu hoặc lệnh được cài đặt, biểu diễn dưới dạng tín hiệu điện tử để điều khiển phần cứng thực hiện nhiệm vụ.
Trái lại, những hệ thống tính toán dựa trên phân tử có thể không sở hữu đầy đủ bốn thành phần theo cách thông thường, nhưng vẫn vận hành nhờ các phân tử được thiết kế có chủ đích. Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học thay thế nhiều bộ phận quen thuộc bằng ADN, biến vật liệu sinh học này thành nền tảng lưu trữ, mã hóa và xử lý hình ảnh. Nhờ vậy, một vi mạch ADN có thể chứa thông tin hình ảnh, còn hệ thống phân tử đảm nhiệm việc đọc, biến đổi và khôi phục nội dung theo những quy tắc đã định trước.
Tên gọi Turing gợi nhắc Alan Turing, nhà toán học, nhà giải mật mã và nhà khoa học máy tính người Anh, nhân vật có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của ngành máy tính. Theo bài giới thiệu, thiết bị được đặt theo tên ông, người được nhắc đến với tuổi 75 và vai trò quan trọng trong tiến trình hình thành máy tính hiện đại ngày nay. Cấu trúc hoạt động của máy tính sinh học Turing được mô tả bằng một chuỗi biểu tượng và ký tự, gợi nhớ cách một sợi ADN có thể mang thông tin theo trình tự.
Bộ phận đọc di chuyển lần lượt từ ký tự này sang ký tự khác, kiểm tra từng vị trí để xác định thông tin đang có trước khi áp dụng quy tắc xử lý tương ứng. Tại mỗi điểm, hệ thống thực hiện bốn thao tác gồm đọc ký tự, thay thế ký tự bằng ký tự khác, thay đổi trạng thái bên trong và chuyển đến vị trí tiếp theo. Một bảng hướng dẫn quy định trình tự xử lý, tương tự nguyên tắc vận hành, giúp hệ thống biết phải phản ứng thế nào trước từng ký tự hoặc trạng thái cụ thể.
Cơ chế này khiến máy tính sinh học có nét tương đồng với cách máy tính truyền thống thực thi lệnh, dù vật liệu vận hành đã chuyển từ kim loại, dây dẫn sang ADN. Khi chương trình thích hợp được đưa vào, những phân tử trong hệ thống có thể tách riêng các tín hiệu huỳnh quang, đồng thời nhận diện biểu tượng Technion được mã hóa. Kết quả cho thấy hình ảnh có thể được che giấu trong dữ liệu phân tử, sau đó giải mã bằng một quy trình được thiết kế trước, thay vì hiển thị trực tiếp như trên màn hình điện tử.
GS Keinan kỳ vọng mẫu máy tính sinh học này sẽ tiếp tục được phát triển, thậm chí có khả năng cạnh tranh với những phiên bản máy tính điện tử hiện nay. Nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Angewandte Chemie, đánh dấu thêm một bước tiến trong nỗ lực kết nối công nghệ thông tin với sinh học phân tử.
