Komputer, który działa na ciepło. "Nie ma żadnych odpadów energetycznych"
Zespół badaczy opracował komputer DNA, który działa dzięki cyklom podgrzewania i chłodzenia. To może być przełom pozwalający na zasilanie molekularnych maszyn przyszłości bez baterii.
Komputery DNA od lat fascynują naukowców jako alternatywa dla klasycznej elektroniki. Wykorzystując właściwości chemiczne cząsteczek DNA, potrafią przechowywać informacje, wykonywać obliczenia i analizować dane biologiczne. Ich potencjał jest naprawdę ogromny, ale do tej pory ograniczał go jedna zasadnicza rzecz: brak niezawodnego źródła zasilania. Teraz badacze opracowali nową metodę, która może rozwiązać ten problem – zamiast prądu użyli temperatury.
Zespół stworzył molekularny obwód DNA, który można ładować i rozładowywać poprzez cykliczne podgrzewanie i chłodzenie układu. Działa to na podobnej zasadzie do baterii – zmiana temperatury wywołuje reakcje chemiczne, które magazynują lub uwalniają energię, umożliwiając jednocześnie dalsze, bezproblemowe działanie całego systemu. Co więcej takie ładowanie nie pozostawia praktycznie żadnych odpadów energetycznych.
Inspiracje płyną z natury
Pomysł, by wykorzystać ciepło jako źródło energii, ma swoje korzenie jeszcze w hipotezach na temat początków życia na Ziemi. Naukowcy sugerują, że pierwsze reakcje chemiczne mogły być napędzane przez naturalne cykle temperatury, np. gdy gorące skały wulkaniczne nagrzewały wodę morską, a potem dochodziło do jej ochłodzenia. Ten rytm dostarczał energii potrzebnej do łączenia się prostych cząsteczek w bardziej złożone struktury. Teraz podobna zasada została zastosowana w sztucznym systemie obliczeniowym.
W laboratorium badacze stworzyli niestabilne połączenia między cząsteczkami DNA. W wysokiej temperaturze nici DNA rozpadały się na pojedyncze łańcuchy, ale po ochłodzeniu ponownie się łączyły, przywracając układ do stanu wyjściowego. Dzięki temu można było powtarzać cykl wielokrotnie. Można powiedzieć, że udało się ładować komputer DNA od nowa, bez utraty zdolności jego prawidłowego działania.
Obliczenia bez elektroniki. Co potrafią molekularne maszyny?
W przeprowadzonych testach udało się zasilić obliczenia angażujące ponad 200 różnych cząsteczek DNA. System przeprowadził przynajmniej 16 cykli obliczeniowych bez utraty sprawności. Co ważne, nie wymagał żadnych baterii chemicznych ani dostarczania energii z zewnątrz – wystarczyła sama zmiana temperatury. To według specjalistów potencjalnie otwiera drzwi do tworzenia autonomicznych systemów molekularnych, które będą mogły pracować w trudnych warunkach, np. w diagnostyce medycznej, gdzie dostęp do energii bywa ograniczony.
Taki układ może też znaleźć zastosowanie w przechowywaniu danych. DNA jako nośnik informacji jest niezwykle trwały – potrafi zachować dane przez tysiące lat. Jeśli uda się stworzyć system, który potrafi się samoczynnie ładować i działać bez elektroniki, może to być rewolucja w archiwizacji danych czy bioinformatyce.
Czy przyszłość należy do ciepła?
Choć pomysł wykorzystania ciepła może wydawać się zaskakujący i dla wielu osób abstrakcyjny, to właśnie jego prostota jest jednocześnie jego największą siłą. Wystarczy odpowiednia zmiana temperatury, by uruchomić cały system obliczeniowy. To nie tylko ekologiczne, ale i technicznie znacznie mniej skomplikowane, niż integracja biologii z klasyczną elektroniką.
Przeczytaj także:
Naukowcy zaznaczają jednak, że to dopiero początek ich pracy. Możliwe, że przyszłe systemy będą korzystać z różnych źródeł energii, np. łącząc ciepło z cząsteczkami ATP, czyli uniwersalnym paliwem komórkowym. Na ten moment możemy jedynie jednoznacznie stwierdzić, że DNA można zmusić do pracy przy pomocy zwykłej temperatury. A to oznacza, że granica między maszyną a organizmem staje się coraz cieńsza.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
