Ein kleines Forscherteam an der University of Manchester hat eine Technik entwickelt, um eine molekularbasierte Finite-State-Maschine zu erschaffen. Ihre Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.
In der Informatik gibt es ein virtuelles Gerät, das als Turing-Maschine bekannt ist und von Alan Turing entwickelt wurde, um sich vorzustellen, wie ein Computersystem funktionieren könnte. Es wird als ein Gerät beschrieben, das Symbole lesen und auf ein Band schreiben kann, während es sich hin und her bewegt, gesteuert durch Regeln, die festlegen, was unter bestimmten Szenarien zu tun ist.
Es wurde auch eine modifizierte Version der Turing-Maschine entwickelt, die als Finite-State-Maschine bezeichnet wird und mit einer Turing-Maschine identisch ist, außer dass sie sich nur in eine Richtung bewegen und nur lesen, nicht schreiben kann. In diesem neuen Versuch schufen die Forscher ein chemisches Analogon einer Finite-State-Maschine – ein Rotaxan, das sich entlang eines molekularen Fadens bewegen und Chiralitätsinformationen lesen kann.
Ein Rotaxan ist ein Molekül mit einer bestimmten Form. In diesem Fall war es wie ein O-Ring geformt, an dessen Spitze ein Y-Strang befestigt war. In Aktion wird das Molekül als Rotaxan-Automat bezeichnet. Die von den Forschern erstellte Version hatte einen Kronenether, der als Lesekopf diente. Der Automat funktionierte, indem er einen Molekülstrang schrittweise durch seinen O-Ring zog. Da es an Hindernissen auf dem Strang stoppt und startet, wird es als Ratsche bezeichnet.
Die Barrieren werden durch einen pH-Impuls geöffnet, der von einer sich schnell zersetzenden Säure erzeugt wird, wodurch sich der Automat vorwärts bewegen kann. Der Automat zieht den Faden durch (oder bewegt sich alternativ vorwärts, während der Strang still bleibt) unter Verwendung einer höheren Bindungsaffinität als an der nächsten Barriere auf dem Strang. Der Rotaxane-Automat ist in der Lage, Daten aus dem Thread unter Verwendung von Circulardichroismus zu lesen – die Ausgabe des Threads erfolgt in Form von ausgeglichenen ternären Ziffern („Trits“).
Die Entwicklung der molekularen Ratsche ist ein Schritt unter vielen, die erreicht werden müssen, wenn Chemiker das Ziel der Entwicklung eines molekularen Computers erreichen wollen.
Yansong Ren et al, Eine molekulare Ratsche zum Lesen von Bändern, Natur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05305-9
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