Перейдем к умеренно этичному биопанку. Создатели молекулярных машин и разных вычислительных систем на основе ДНК долгое время искали универсальный источник энергии, аналогичный электричеству для кремниевых устройств или АТФ для биологических систем. Недавно американские ученые предложили революционное решение этой проблемы. Они разработали сложные логические схемы и нейронные сети ДНК, которые можно перезарядить простым повышением температуры.
В основе их инновации лежит концепция «кинетической ловушки». Это стабильная система с высокой энергией, готовая к действию. Она не сработает сама по себе, но малейшее воздействие высвобождает накопленную энергию.
Цепочки ДНК работают по похожему принципу. Они напоминают шпильки для волос. При нагревании до 95 °C все цепи ДНК разделяются и свободно перемещаются. Охлаждение возвращает их в стабильную конфигурацию, напоминающую шпильки, — это и есть кинетическая ловушка. Входная молекула действует как триггер, высвобождая энергию для выполнения вычислений.
Этот принцип — важный шаг вперед. Исследователи создали не просто многоразовый переключатель, а полнофункциональную 100-битную нейронную сеть, способную классифицировать рукописные цифры из базы данных MNIST. Система включает до 289 различных цепей ДНК в одной пробирке и успешно идентифицирует изображения цифр «6» и «7».
После выполнения задачи ученые «перезапустили» нейросеть: добавили ингибиторные цепи для нейтрализации последнего входного сигнала, нагрели пробирку для очистки и охладили ее для перезарядки. Этот процесс повторялся для десяти различных шаблонов, подтверждая способность сети обрабатывать разные данные и демонстрируя ее масштабируемость.
Исследование расширяет наше понимание вычислительных машин, показывая, что для сложных вычислений не требуются провода и кремний. Оно открывает перспективы для разработки автономных моделей поведения на основе искусственных химических систем. Созданная схема позволяет создавать молекулярные машины, способные работать в сложных условиях, управляемые изменениями окружающей среды, например, температурой.
Также ученые из Израиля впервые доказали, что перенос протонов в живых системах — это не только химический, но и квантовый процесс. Это открытие может привести к инновациям в медицине, энергетике и нанотехнологиях.