基于DNA纳米技术的探针机智能存储系统研究

A novel computing model, called probe machine (PM), is proposed by a research group of Peking University. And it is proved that PM is beyond the turing machine (TM). The "Turing Machine" model led to the machine's ability to think and the development of artificial intelligence. In order to achieve large-scale data storage and management, the intelligent storage began to develop. The goals for our research efforts could be to develop the intelligent storage system of probe machine with artificial intelligence technology, DNA nanotechnology and silicon chip technology. An important feature of PM is that the data particles can move freely and independently in parallel. Through the artificial intelligence technology, the construction of data particles can be application perceived and structure defined. Combining DNA nanotechnology and silicon chip technology, the physical implementation of the data storage system of PM can be completed. The important highlights of this project are the integration of data storage, data management and storage self-optimization through the definable construction of data particles for different applications or problems. And at the same time, storage efficiency is improved by parallel data input and output with the parallel free movement characteristics of data particles of PM. This research the probe machine. The development of PM intelligent storage system will provide theoretical support and model examples for the data storage industry.

2016年，北京大学研究团队提出了超越“图灵机”的“探针机” 模型。“图灵机”模型的提出，引出了机器能够思维化，开启了人工智能的发展。为了实现对数据的大规模存储和管理，衍生了对智能储存的探索和研究。本项目的目标是结合人工智能技术、DNA纳米技术和硅芯片技术，实现探针机的智能存储系统。探针机重要的特点是其中的数据粒子可并行自由移动和自主操作，通过人工智能技术可实现数据粒子应用可感知、结构可定义的构建过程。结合DNA纳米技术和硅芯片技术，可完成探针机数据存储系统的物理实现。本项目的重要亮点，在于通过面向应用或者问题的可定义数据粒子构建，实现数据存储与数据管理的深度融合和存储自优化；同时利用数据粒子的并行自由移动特性，实现数据并行输入输出，提高存储效能。探针机智能存储系统的开发，能实现信息处理的根本性突破，为数据存储的发展提供理论支撑和模型实例。

本项目结合人工智能技术和DNA纳米技术，通过算法能快速进行数据粒子的编码、构建和结构设计，例如用于文本DNA存储的分层纠错策略和一种桶式分配策略以提高解码的精度和效率。而通过DNA复合链置换技术及调整连接链长短可形成可编程可控的复合电路或者DNA折纸环。基于这些技术，数据粒子可以实现计算、输入输出、筛选和显示等功能，其纳米结构的控制精度达到了原子级。本项目的重要亮点，在于通过对具体问题可进行数据粒子重构，快速实现数据存储与计算，结果筛选和显示，实现存储和计算的深度融合；同时数据粒子具有并行特性，可实现数据并行输入输出，提高存储效能。本项目研究所产生的人工智能算法，可以推广应用到预测G蛋白偶联受体、中医诊脉分析和群集系统协同控制技术中。..项目进行的4年期间，研究成果具体如下： .1..设计开发DNA信息编码和纠错算法，开发出相应软件； .2..构建了数据粒子结构，通过设计可以实现系统输入输出、复杂计算、结果筛选和显示； .3..完成DNA大数分解系统原型的设计和原理性实验； .4..通过人工智能算法，可以实现优选编码、预测致病基因、蛋白质结构、药物重用和多智能体系统控制等功能，扩展了项目成果的应用领域。..量化表现为：已授权专利6项，其中日本专利1项；在申请专利4项。发表论文28篇，其中SCI索引21篇。博士毕业1人，在读博士生3人；硕士毕业4人，在读硕士生10人。