جستجوی تصاویر با استفاده از دی‌ان‌ای!

تاریخ : ۱۵ اسفند, ۱۳۹۶

تعداد بازدید : ۳۱۱

5 امتیاز از 1 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

استفاده از فرایند جستجوی تصاویر سایت گوگل در میان کاربران امری رایج است. اما با چالش‌ها و محدودیت‌هایی به خصوص در زمینه ذخیره‌سازی اطلاعات روبروست. برای حل این مشکل دانشمندان قصد دارند تا مراکز داده‌ای بر مبنای ذخیره سازی اطلاعات با دی‌ان‌ای بسازند و به تبع آن روش‌های جستجوی سازگار با آن را ابداع کنند.

افراد زیادی از سیستم جستجوی تصاویر گوگل برای رفع نیازهای خود و یافتن تصاویر مشابه استفاده می‌کنند. الگوریتم‌های تصویری گوگل بر اساس شناسایی ویژگی‌هایی مانند رنگ، بافت و شکل از میان مجموعه‌ای از تصاویر طراحی شده است. لوئیس سیز متخصص رایانه از دانشگاه واشنگتن قصد دارد عملیات مشابهی را مستقیما بر روی دی‌ان‌ای رمزگذاری کند تا خود مولکول‌ها وظیفه پردازش تصویری رایانه را به انجام رسانند. او قصد دارد این کار را با استفاده از تصاویر شما انجام دهد!

این گروه تحقیقاتی برای تأمین عکس‌های خود کمپینی در شبکه‌های اجتماعی ایجاد کرده و از مردم خواسته اند تا عکس‌هایی که می‌خواهند برای همیشه حفظ کنند را ارسال کنند. اطلاعات پیکسل‌ها به صورت کدهایA ، T، C و G که بازهای تشکیل دهنده دی‌ان‌ای هستند، رمزگذاری می‌شوند. دی‌ان‌ای هم‌چون کپسول زمان است و هزاران سال می‌تواند اطلاعات را حفظ کند. این کار پیش از این در سال 2016 برای ذخیره یک کلیپ انجام شده بود.

البته هنوز روشی برای بازیابی و دست‌یابی به اطلاعات ذخیره شده در دی‌ان‌ای وجود ندارد. این مهم اولین قدم ضروری جهت ساخت هر گونه پروژه جدی در مسیر ایجاد سامانه محاسبات مولکولی است.

خب، چنین دستاوردی به درد چه کسی می خورد؟ باید گفت یکی از مشتریان پر و پا قرص آن دارپا (آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی وزارت دفاع آمریکا) است.

مولکول‌ها رویکرد بسیار متفاوتی از محاسبه را نسبت به روش دیجیتالی مبتنی بر صفر و یک ارائه می‌دهند. جامعه جهانی با سرعت بالایی در حال خلق اطلاعات است؛ و ایجاد رویکردهای جدید برای دسترسی و پردازش این اطلاعات به منظور رفع کمبودهای رو به رشد در ظرفیت ذخیره‌سازی و سرعت محاسباتی کاملاً ضروری جلوه می‌کند.

عصر دیجیتال با حرکتی ساده آغاز شد. بشر از ماشین‌ها جهت برون سپاری ذخیره حافظه بهره برد، ابتدا کپسول‌های خلاء، سپس ترانزیستور‌ها، نوارهای کاست و فلش درایورها مورد استفاده قرار گرفتند. بعد از گذشت بیش از 60 سال از شکل‌گیری پایه‌های معماری منطقی محاسبات به‌وسیله جان نیومن، همچنان بنیان زیرساخت های محاسبات مدرن را تشکیل می‌دهد. اما با شکل‌گیری داده‌های پیچیده‌تر، محدودیت‌ های این روش‌ بروز پیدا کرده اند.

قانون مور (دو برابر شدن میزان پیچیدگی مدارهای میکروالکترونیک در عرض دو سال) براساس کوچک‌سازی دستگاه‌ها استوار شده است. وقتی حرف از کوچک‌سازی می‌شود، مولکول‌ها راه‌حل نهایی هستند.

در این تحقیق، گروه پژوهشی ابتدا تمام ویژگی‌ها و مشخصات عکس‌ها را استخراج کرده و آن‌ها را در رشته‌هایی از آدنین، تیمین، سیتوزین و گوانین (عناصر تشکیل دهنده دی‌ان‌ای) جایگذاری کردند. هر عکس ممکن است به ده‌ها هزار قطعه در دی‌ان‌ای تبدیل شود و هر قطعه کدشده یکی از ویژگی‌های عکس مانند انحنا، خطوط عمودی یا نقطه‌ای آبی رنگ آن را تشکیل داده است. اکنون گروه می‌توانند جستجویی را به مانند آن‌چه که در گوگل با چند کلمه کلیدی انجام می‌شود، ارائه دهند. با این تفاوت که این جستار از قطعه‌ای دی‌ان‌ای تشکیل شده است که ویژگی‌های خاص بصری را شامل شده است. هر توالی جستجو می‌تواند دارای پوشش خاصی از نانوذرات مغناطیسی است.

بدین صورت این امکان فراهم می‌آید تا نانوذرات مغناطیسی در لوله‌های آزمایش حاوی دی‌ان‌ای که محتوی ده هزار قطعه عکس در فضایی چند میلیمتر وجود دارد، قرار داد. سپس به واسطه نانوذرات تمامی توالی های مرتبط را با یک آهن‌ربا برداشت کرد. در مرحله بعد نیاز به توالی‌یابی و استفاده از الگوریتم‌هایی برای ایجاد تصویر اولیه است.

پروژه‌ی دارپا با هدف شناخت سازوکاری که بهترین پردازش مولکولی را ارائه دهد، دنبال می‌شود. تمرکز بر ذخیره‌سازی اطلاعات تصویری از این جهت است که این اطلاعات بزرگترین بخش اطلاعات جهانی را به خود اختصاص می‌دهند و ویژگی‌های اتصالی ویژه‌ی دی‌ان‌ای گزینه‌ای مناسب برای این اطلاعات است.

سایرگروه‌های پژوهشی از دیگر جنبه‌های فیزیکی دی‌ان‌ای، برای کدکردن اطلاعات استفاده کرده‌اند. گروه پژوهشی میلنکاویچ از دانشگاه ایلینوی از قطعات دی‌ان‌ای مصنوعی بزرگ استفاده نکردند و در عوض از قطعات کوتاه‌ دی‌ان‌ای باکتریایی بهره بردند. این قطعات را می‌توان به عنوان اپراتورهای افزایشی یا کاهشی مورد استفاده قرار داد. این اپراتورها یکی از عناصر تشکیل دهنده زبان‌های برنامه نویسی همچون جاوا هستند.

علاوه بر دی‌ان‌ای از ترکیبات دیگری هم‌چون اتم‌ها، یون‌ها، فوتون‌ها یا الکترون‌ها نیز استفاده شده است. یکی دیگر از گزینه‌هایی که جدیداً مورد توجه قرار گرفته است، ترکیبات آلی دارای جایگاه چندگانه برای اتصال به گروه‌های عاملی هستند. امکان تغییرهای متعدد قابل پیش‌بینی در گروه‌های عاملی با واکنش‌های شیمیایی متفاوت موجب شده است تا این ترکیبات گزینه مناسبی برای محاسبه معادلات جبری خطی، ذخیره و پردازش اطلاعات باشند.

مولکول‌های دی‌ان‌ای با وجود مزایای زیادی که در شبیه‌سازی کامپیوتری نشان داده‌اند و ظرفیت‌های بالقوه‌ای که دارند، اما باز هم کاملا ایمن نیستند، زیرا هم‌چون کامپیوترها می‌توانند هک شوند.

منبع : https://www.wired.com/story/darpa-wants-to-build-an-image-search-engine-out-of-dna/?mbid=social_twitter_onsiteshare

نظر شما
نظرسنجی

کتاب‌های‌ معرفی‌ شده در سایت را چگونه ارزیابی‌ می‌کنید؟