Микрожидкостный чип автоматизирует вычисления с помощью ДНК

19.09.2021

Корейские ученые из Инчхонского национального университета (INU) создал то, что, как они заявляют, однажды заменит электронные процессоры: программируемый микрожидкостный чип (Microfluidic Processing Unit, MPU), который для выполнения вычислений использует не электронику, а ДНК.

Вычисления с использованием ДНК традиционно требовали трудоемкого смешивания белковых цепочек в реакционной пробирке. MPU, напротив, делает все автоматически и управляется через традиционный ПК или смартфон.

Изготовив прототип ДНК-процесора с помощью 3D-принтера, исследователи смогли продемонстрировать его применение для выполнения сложных математических операций с булевой логикой. Для этого шаблоны одинарной цепочки ДНК превращали в логические вентили, которые соединялись с входящей ДНК и комплементарными последовательностями Уотсона-Крика и производили исходящую ДНК, длина которой давала двоичный результат "правда-ложь".

Функциональность прототипа MPU ограничена самыми базовыми логическими операциями - AND, OR, XOR и NOT - но команда INU убеждена, что это только начало. По ее прогнозам, MPU будет способствовать разработке сложных арифметико-логических устройств и нейроморфных схем.

"Мы представили концептуальное доказательство базовой работы логических вентилей и вычислений ДНК через чип MPU на основе ДНК, пусть и с ограниченной функциональностью", - подытожили представители INU свою статью в журнале ACS Nano, сообщив дополнительно, что их дальнейшие исследования будут нацелены на создании комплексной вычислительной платформы для приложений глубокого обучения и математического моделирования - с алгоритмами ДНК и системами хранения данных на базе ДНК.

INU не единственная организация, которая рассматривает ДНК как потенциальную основу новой компьютерной революции. Еще в 2016 году компания Microsoft и Вашингтонский университет продемонстрировали цифровое хранилище на основе ДНК, записывая до 200 МБ данных в цепочки инкапсулированной синтетической ДНК. Как утверждала тогда Microsoft, эта технология позволит хранить информацию в течение 2000 лет при 10 °C или миллионы лет - при охлаждении до -18 °C.

<< Назад: Алюминиевая пленка защищает от лесных пожаров 20.09.2021

>> Вперед: Карманные накопители LaCie Mobile SSD Secure и Portable SSD 2 Тбайт 19.09.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Эффективный аккумулятор с литиевым анодом 10.08.2014 Исследователи из Стэнфордского университета в США смогли создать эффективный и надежный аккумулятор с литиевым анодом, решив при этом проблемы, которые до этого никто не мог разрешить десятилетиями. Новая разработка позволит в перспективе создавать более легкие, компактные и мощные батареи для смартфонов, ноутбуков, а также электромобилей. Типичная конструкция аккумулятора включает три основных элемента: анод (положительный электрод), электролит и катод (отрицательный электрод). Сегодня наибольшее распространение получили литий-ионные аккумуляторы, в которых ион лития выступает в качестве переносчика заряда. Анод при этом, как правило, изготавливается из графита. Хотя графит наиболее популярный материал для производства анодов, он далеко не самый эффективный, говорит И Цуй (Yi Cui), процессор Стэнфордского университета по материаловедению и руководитель проекта. Литий является более эффективным. "Из всех материалов, которые можно применять для производства анодов, литий обладает наибольшим потенциалом, - объясняет ученый. - Он имеет небольшой вес и наиболее высокую энергетическую плотность. С этим материалом можно получить больше мощности на единицу веса и объема. Иначе говоря, можно создавать более легкие, компактные и мощные аккумуляторы". Цуй также говорит, что, согласно его предположениям, литиевый анод в теории способен повысить емкость батареи в 3-4 раза. Проблема кроется в том, что, прежде всего, литий быстро вступает с электролитом в химическую реакцию, и, кроме того, он в значительной степени увеличивается в размерах при осаждении ионов лития на литиевом аноде, из-за чего происходит деградация аккумулятора. Как рассказывает руководитель проекта, многие ученые десятилетиями бились над решением данных проблем, которые, наконец, удалось решить его команде, применив один дополнительный элемент - своего рода защитный кожух, закрывающий анод, и представляющий собой сетку из углеродных куполов толщиной 20 нм. Такая сетка предотвращает реакцию лития с электролитом и является в достаточной степени гибкой, чтобы по мере расширения анода растягиваться, не разрушаясь. Обычно батарею можно начинать массово производить в том случае, если ее кулоновская эффективность (относительный объем лития, сохраняемого на аноде после цикла заряда-разряда) достигает 99,9% и больше, не снижаясь менее этого значения длительное время. До настоящего времени батареи с литиевым анодом, созданные в условиях лабораторий, показывали кулоновскую эффективность порядка 96%. Причем спустя всего лишь 100 циклов заряда-разряда она падала ниже 50%. Ученым из Стэнфордского университета удалось добиться значения в 99%, которое оставалось таким даже спустя 150 циклов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026