Computer in Future ~Biocomputer~

1. Computer in Future~Biocomputer~ 第五組 B92501085 土木四 馬子宸

2. Content • History • 簡介 • Characteristic • Biocomputer主要計算原理：DNA Computing • Perspective • 參考資料

3. History • 1994，美國南加州大學的Leonard M. Adleman發表Molecular Computation of Solutions To Combinatorial Problems 提到實驗性使用DNA做為計算系統。 • 1995，美國集結200多名科技界人士共同探討DNA電腦的可行性。 • 目前，科學界僅研發出生物電腦其中主要的部件之一~~生物晶片；而生物電腦的計算處理的理論仍在研究中。

4. 簡介 • 部分科學家們認為傳統無機矽晶電腦即將發展到物理理論上的極限，因此開始尋求近代的分子生物學理論，以找出未來電腦更大的發展空間。 • 生物電腦主要架構為：以生物晶片為電腦的核心部件，用DNA Compting為主要計算原理。 • 尚未發展出可利用的實物，還在理論階段。

5. Characteristic • 強大記憶功能。 • 高度運算速度。 • 較低的耗能。 • 自我修復的能力。 • 類人腦的思考機制。 • 較高的人工智慧(AI)。 • 超高晶片密度。

6. DNA Computing~分子生物學原理~ • 利用DNA特性、生物化學以及分子生物學來進行電腦運算。 • DNA在特定酶的作用下，會在極短的時間內完成化學反應，使基因代碼轉換。 • 所使用的生化反應還有：連結、加熱變性及降溫、雜合、酶催化反應等。

7. DNA Computing~分子生物學原理~

8. DNA Computing~分子生物學原理~ Adenine (A)腺嘌呤 Cytosine (C)胞嘧啶 Thymine (T)胸腺嘧啶 Uracil (U)尿嘧啶 Guanine (G)鳥糞嘌呤

9. DNA Computing~分子生物學原理~

10. DNA Computing~基本邏輯~ • 基本步驟： 1. 分析問題，選定可能解，合成相應DNA。 2. 利用鹼基互補配對，與可能解之DNA雜合。 3. 用提取法or破壞法於上述DNA混合物中得到產物DNA。 • Hamiltonion Path Problem (HPP)。

11. Hamiltonion Path Problem (HPP) • 在有若干頂點的地圖上，僅有一個入口及一個出口，由入口進入經過所有頂點且僅一次而到達出口的路徑，即為Hamiltonion Path。

12. DNA Computing~基本方法~ • POA (Parallel Overlap Assembly)技術。 • 髮夾結構與Whiplash PCR。 • 基本RNA應用方法。 • 完全酶控制法。 • 其他…。

13. POA技術&髮夾結構與Whiplash PCR

14. DNA Computing~技術實現~ • 於溶液中反應計算 (試管系統)。 • 於固體表面的計算法。 1. MAKE。 2. ATTACH。 3. MARK。 4. DESTROY。 5. UNMARK。 6. READOUT。

15. DNA Computing~實際應用~ • Hamiltonion Path Problem (HPP)。 • 最大集合問題 (Maximal Clique Problem)。 • 滿意問題 (Satisfiability Problem, SAT Problem)。 • 矩陣乘法。 • 其他應用。

16. 最大集合問題 (Maximal Clique Problem)

17. 矩陣乘法

18. Perspective • DNA Computer： 優點~ 1. 工作平行性。 2. 低耗能。 3. 高集成度。 待解決之問題~ 1. DNA計算的誤差。 2. 獨立性。 3. 邏輯障礙。 • DNA Computing與Soft Computing的結合。

19. 參考資料 • 奈米生物科技 Nano biotechnology, 姜忠義 成國祥 編著, 路光宇 校訂, 五南圖書出版公司 • Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page

20. Thanks for Your Attention!!!