走进比亚迪：“抬头”颠覆性技术，解码智能“玄机” -榕汇
06-17
雷锋网注：图片来自 Erik Winfree/加州理工学院 单细胞利用自己的 DNA 进行分裂、繁殖和分化，以产生完全发育的有机体。
这可以说是化学计算中最巧妙的奥秘行为。
本周，《自然》杂志发表了一份研究报告，指出计算机科学家建造了第一台可广泛编程的 DNA 计算机，向使用化学计算迈出了关键的一步。
该系统利用 DNA 编写的指令来执行不同的 6 位程序。
以前的 DNA 计算机本质上是定制系统，只能解决特定问题。
但现在，研究人员使用新系统执行了 21 项测试程序。
在可编程物质中，化学软件自动指导复杂的可编程纳米材料的构建。
虽然这个仅由 DNA 和盐水组成的新系统本身并不是一项技术应用，但它使自组装可编程物质的发展又向前迈进了一步。
这项研究主要在加州理工学院（Caltech）进行。
研究负责人、计算机科学和教授生物工程的埃里克·温弗里（Erik Winfree）解释说，新系统的创建者“试图找出将计算行为嵌入化学中以控制化学行为的方法”。
DNA 形成由两条长链组成的梯状结构，每条长链含有四种化学物质。
这台计算机的原理是，由于化学序列的互补性，单条DNA链会与其他DNA链配对。
加州理工学院团队将他们的 DNA 序列设计为类似于 2 输入/2 输出布尔逻辑门。
其中五个门连接成一个层，该层通过 6 个输入和 6 个输出执行所需的计算。
但仅仅一层是无法完成计算的。
相反，一系列功能相同的层（其中一层的输出连接到另一层的输入）迭代执行计算，直到获得答案。
我们可以这样理解：经过层层连接，算法最终编织出一条包含计算过程的纳米级围巾。
Winfree 和他的团队将这些电路抽象地想象为两侧都有固定装置的方形瓷砖，使它们只能连接到具有互补固定装置的瓷砖，就像拼图一样。
计算机的完整指令集由不同类型的图块组成。
事实上，每个区块都不是一条 DNA 链，而是四条，这增加了足够的余地来克服意外错误。
为了让他们的计算顺利进行——本质上是合成一个计算晶体——研究人员需要某种结构，既可以作为起点，又可以容纳 DNA 进行组装。
达米恩·伍兹 (Damien Woods) 从事 DNA 计算机研究，现在在爱尔兰梅努斯大学工作。
他说：“我们希望DNA能够有序地连接在一起，形成一个电路，而不是像在溶液中那样随机粘在一起。
这种DNA是使用一种称为DNA折纸技术的技术设计的，长度为1纳米，宽度为20纳米纳米管。
计算晶体以类似于糖衣绳上的冰糖结晶的方式组装。
图片来自 Damien Woods/Maynooth 大学想要运行 6 位 DNA 计算机。
首先需要一个定制编译器。
“编译器融入了很多思想和科学，”伍兹说，它允许研究人员编写他们想要的任何软件算法，并通过各种抽象级别将算法转换为：逻辑到块，块到。
最后，它提供了一个指南，说明在 DNA 序列中添加什么、何时以及在什么温度下制作 DNA 折纸纳米管。
综合需要几个小时，计算需要大约一天的时间。
（温弗里指出，速度从来都不是重点。
）对于 Winfree 来说，结果是他职业生涯的一大进步。
“已经走了很长一段路了，”他说。
大约 25 年前，当他还是一名研究生时，他对数学瓦片理论与理论计算机科学之间的迷人联系产生了兴趣。
想知道这种联系是否可以扩展到描述晶体生长的模型“这让我很好奇是否会在生长过程中计算假晶体。
”现在我们知道可以。
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