Beyond-CMOS- und HF–Bauelemente, integrierte Schaltungen und Technologien

Demonstration zur Herstellung von Biocomputation Devices#

ExCov-Netzwerk, um eine Kombination von Mengen, die die ganzen Zahlen {1,2,3,4,5} abdecken, zu finden.
© Fraunhofer ENAS
ExCov-Netzwerk, um eine Kombination von Mengen, die die ganzen Zahlen {1,2,3,4,5} abdecken, zu finden.

Die etablierte Nanofabrikationstechnologie für netzwerkbasierte Biocomputer (NBC) wurde zur Herstellung von Demonstratoren für großflächige Exact-Cover-(ExCov)-Netzwerke und für Netzwerke, die Satisfiability-(SAT)-Probleme lösen können, vorgelegt. Die Nanostrukturierungsprozesse wurden verbessert und evaluiert, um die Anforderungen hinsichtlich Reproduzierbarkeit und biologischer Funktionalität zu erfüllen. Die Abbildung zeigt ExCov-Bauteile für einen Satz von fünf Zahlen. Für die Herstellung der SAT-Netzwerke wurden zwei verschiedene Netzwerkdesigns verwendet: »agent-encoded« für das Kinesin-1-Mikrotubuli-System in Zusammenarbeit mit der TU Dresden und »space-encoded« für das Aktin-Myosin-System in Zusammenarbeit mit der Universität Lund und der Linnaeus Universität Kalmar, beide in Schweden. Das »Agent-encoded«-Netzwerk ist kompakt und skalierbar. Die erforderliche Markierung wurde durch Laser-Bleaching eines Barcodes in die Mikrotubuli realisiert. Dabei war die Markierung der Mikrotubuli auf transparenten Substraten zu ermöglichen. Das »Space-encoded«-Netzwerk benötigt keine Agentenmarkierung. Hier wurde eine neuartige Kodierungsmethode verwendet, indem das Entscheidungsproblem in ein unitäres Summationsproblem umgewandelt wurde. Für beide biologischen Systeme wurde die Funktionsweise der Netzwerke demonstriert.