DNA bilgisayarlarının bir gün matematik problemlerini çözebileceği ve hastalıkların teşhisinde kullanılabileceği düşünülüyor. Peki ama DNA ile bilgisayarların ilişkisi nedir?
İnsanlık, depolama teknolojilerinin yetişemeyeceği derecede, hayal edilemeyecek bir hızda veri üretiyor. Her beş yılda bir ürettiğimiz veri miktarı, fotoğraflar ve videolar da dahil olmak üzere 10 kat artıyor. Fotoğraf çekmeyi ve film kaydetmeyi bırakmayacağımız için bunları saklamanın yeni yollarını geliştirmemiz gerekiyor.
Siz bu makaleyi okurken bile, bilgisayar çipi üreticileri, hız rekorlarını alt üst edecek bir sonraki mikroişlemciyi yapmak için çılgınca yarışıyorlar. Ancak er ya da geç bu rekabet bir gün bir duvara toslayacak. Moore Yasası bize bunun bir sınırı olduğunu hatırlatır. Bu nedenle yonga üreticilerinin daha hızlı bilgi işlem hızları üretmek için yeni bir malzemeye ihtiyacı var.
Bilim insanlarının yeni nesil mikroişlemcileri oluşturmak için ihtiyaç duydukları yeni malzeme aslında bize oldukça tanıdık. Sonuçta, vücudumuz da dahil olmak üzere canlı organizmaların içinde milyonlarca doğal bir süper bilgisayar var. DNA genetik bilgiyi ve protein oluşturma planlarını depolamak için evrimleşti.
Ancak DNA bundan farklı bir amaca hizmet etme potansiyeline de sahip. Yüzbinlerce DVD’deki veriler kibrit kutusu büyüklüğünde bir DNA paketinin içine sığabilir. DNA, aynı zamanda, günümüzün sabit disklerinden çok daha dayanıklıdır (binlerce yıl dayanır).
DNA Bilgisayarı Nedir? Nasıl Çalışır?
DNA bilgisayarı, şu anda kullanılan silikon temelli bilgisayarlar yerine moleküler biyoloji kullanarak yapılan bir hesaplama biçimi için geliştirilen yeni nesil bilgisayarlara verilen addır. Bu bilgisayarları henüz elektronik mağazanızda bulmanız mümkün değil. Sonuçta bu teknoloji son derece yeni ve hala geliştirme aşamasında. Ancak yine de gelişmeler umut verici durumda.
Aslına bakarsanız dijital veriyi DNA’da saklama fikri onlarca yıllık bir fikir. Fikir ilk olarak 1994 yılında Leonard Adleman tarafından ortaya atıldı. Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde bir bilgisayar bilimci olan Adleman, 1953’te James Watson tarafından yazılan “Genin Moleküler Biyolojisi” kitabını okuduktan sonra DNA’nın hesaplama potansiyeline sahip olduğu sonucuna vardı. Sonrasında da konu ile ilgili çalışmalar hız kazanacaktı.
DNA Bilgisayarları Nasıl Çalışır?
DNA, bazlar olarak bilinen dört farklı molekülden oluşan iplikçiklerden oluşur. Bunlar A, T, C ve G olarak kısaltılan adenin, timin, sitozin ve guanindir. Elektronikte de veriler genellikle sıfırlar ve birler dizisi halinde kodlanır. DNA hesaplamasında da 00, 01, 10 ve 11 sayı çiftleri A, T, C ve G’ye karşılık gelir. DNA hesaplaması tipik olarak bazların birbirine bağlanma şekline dayalı olarak hesaplamalar gerçekleştirir.
Mantık kapıları, bilgisayardaki ikili kodu, bilgisayarın işlemleri gerçekleştirmek için kullandığı bir dizi sinyale dönüştürür. DNA mantık kapıları da DNA koduna dayanır. Girdi olarak genetik materyal parçalarını algılarlar. Özel olarak tasarlanmış dizilere sahip DNA molekülleri birbirleriyle karıştırıldığında, mantık kapısı görevi görecek şekilde birbirine bağlanır.
Şu ana kadar her şey harika gözüküyor. Peki ama neden hala etrafta DNA bilgisayarı görmüyoruz diye düşünebilirsiniz. DNA bilgisayarları ile ilgili en büyük sorun, programlanabilir mantık kapısı dizileri geliştirmektir. Çoğu DNA bilgisayarı yalnızca belirli algoritmaları veya sınırlı sayıda hesaplama görevini gerçekleştirmek üzere tasarlanmıştır. Bunun aksine, normal bilgisayarlar, birçok görevi gerçekleştirmelerine yardımcı olan yazılımı çalıştıran genel amaçlı makinelerdir.
Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar genel amaçlı DNA bilgisayarları için DNA tabanlı programlanabilir mantık kapıları oluşturduklarını duyurdular. Ancak yine de araştırmacılar DNA bilgisayarlarının henüz geleneksel bilgisayarın yerini almaya hazır olmadığını hatırlatıyorlar. Çünkü bu yeni cihazların hesaplamaları yapması saatler alıyor.
DNA Bilgisayarları Ne Gibi Avantajlar Sağlayacak?
DNA’nın en önemli avantajı, bilgisayarları kendilerinden önceki tüm bilgisayarlardan daha küçük hale getirirken aynı zamanda daha fazla veri tutmasıdır. Ayrıca DNA her yerdedir yani ucuz bir kaynaktır. En önemli özelliklerinden birisi de kendisini kopyalayabilmesidir. Normal bir bilgisayar bir milyar işlemi birbiri ardına yapar. Ancak DNA bilgisayarı kendisinin bir milyar kopyasını oluşturup, hesapları bir seferde yapar.
Araştırmacılara göre bu özelliği sayesinde DNA bilgisayarları, henüz halen üzerine çalışmaların yapıldığı ancak geleceğin teknolojisi olarak görünen kuantum bilgisayarlarının bile ötesinde bir performans vadediyor. Ancak hemen sevinmeyelim. DNA bilgisayarlarını, oyun oynamak veya internette dolaşmak için henüz kullanmayacağız. Ancak ilerleyen teknolojik gelişmeler ile gelecekte bir gün neden olmasın?
Kaynaklar ve İleri Okuma:
- What is DNA Computing, How Does it Work, and Why it’s Such a Big Deal. Yayınlanma tarihi: 21 Mart 2019. Bağlantı: What is DNA Computing, How Does it Work, and Why it’s Such a Big Dea/
- Scientists Build New Computer Made of DNA;. Yayınlanma tarihi: 1 Mart 2017; Bağlantı: Scientists Build New Computer Made of DNA/
- Programmable DNA Machines Offer General-Purpose Computing. Yayınlanma tarihi: 20 Eylül 2023. Bağlantı: Programmable DNA Machines Offer General-Purpose Computing
- Lv H, Xie N, Li M, Dong M, Sun C, Zhang Q. Zhao L, Li J, Zuo X, Chen H, Wang F, Fan C. DNA-based programmable gate arrays for general-purpose DNA computing. Nature. 2023 Oct;622(7982):292-300. doi: 10.1038/s41586-023-06484-9. Epub 2023 Sep 13. PMID: 37704731.
- Storing data in DNA brings nature into the digital universe. Yayınlanma tarihi: 28 Nisan 2017. Kaynak site: Conversation. Bağlantı: Storing data in DNA brings nature into the digital universe
- Soloveichik, David & Seelig, Georg & Winfree, Erik. (2009). DNA as a Universal Substrate for Chemical Kinetics. DNA. 5347. 57-69. 10.1007/978-3-642-03076-5_6.
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
