Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã phát triển một mạng nơ-ron dựa trên DNA có khả năng học hỏi từ các ví dụ, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực điện toán phân tử. Hệ thống này sử dụng các chuỗi DNA để thực hiện tính toán thông qua các phản ứng hóa học, mô phỏng quá trình học tập quan sát được trong các hệ sinh thái sinh học.
Nghiên cứu này, do Giáo sư Lulu Qian, chuyên gia kỹ thuật sinh học tại Caltech, dẫn đầu, đã được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 3 tháng 9 năm 2025. Trong nghiên cứu này, mạng nơ-ron dựa trên DNA đã được huấn luyện để nhận dạng các chữ số viết tay. Hệ thống mã hóa mỗi chữ số dưới dạng một mẫu chuỗi DNA độc đáo, trải qua các phản ứng hóa học cụ thể để tạo ra tín hiệu huỳnh quang tương ứng với chữ số được nhận dạng. Cách tiếp cận này cho thấy tiềm năng của điện toán DNA trong việc thực hiện các nhiệm vụ nhận dạng mẫu phức tạp.
Khả năng học hỏi từ ví dụ của mạng nơ-ron dựa trên DNA này mở ra những khả năng mới cho việc phát triển các hệ thống điện toán phân tử thích ứng, tiết kiệm năng lượng. Các hệ thống như vậy có thể có các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm y học, nơi chúng có thể được sử dụng để tạo ra các loại thuốc "thông minh" có khả năng thích ứng theo thời gian thực với các mối đe dọa mầm bệnh, hoặc trong khoa học vật liệu, nơi chúng có thể dẫn đến sự phát triển của các vật liệu "thông minh" có khả năng học hỏi và thích ứng với các điều kiện bên ngoài.
Công trình này được xây dựng dựa trên nghiên cứu trước đây của Giáo sư Qian và nhóm của bà. Vào năm 2018, họ đã phát triển một mạng nơ-ron dựa trên DNA có khả năng nhận dạng các chữ số viết tay, tiếp tục chứng minh tiềm năng của điện toán DNA cho các nhiệm vụ phức tạp. Nghiên cứu mới nhất này cho phép mạng nơ-ron tự phát triển bộ nhớ của riêng mình, được lưu trữ trong các tín hiệu phân tử gọi là dây dẫn phân tử. Những dây dẫn này có thể được kích hoạt để lưu giữ thông tin, phản ánh tính mềm dẻo thần kinh của con người, nơi các kết nối giữa các nơ-ron được củng cố thông qua việc sử dụng lặp đi lặp lại. Trong hệ thống của Qian, quá trình học tập được ghi lại trong nồng độ của các phân tử DNA khác nhau.
Các tiến bộ gần đây trong mạng nơ-ron dựa trên DNA nhấn mạnh sự quan tâm ngày càng tăng và tiềm năng trong lĩnh vực điện toán phân tử. Lĩnh vực này, bắt đầu với thí nghiệm của Adleman vào năm 1994, đã đi một chặng đường dài, mở đường cho các kỹ thuật thú vị như Thác dịch chuỗi DNA, Tự lắp ráp DNA, robot nano bằng phân tử và tính toán mạng nơ-ron là các phương pháp hiện đại. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm y học, công nghệ nano và giám sát môi trường, với khả năng tạo ra thuốc cá nhân hóa và cảm biến DNA để phát hiện chất ô nhiễm.