大家好,我是小圆!当人工智能还在芯片和代码中飞速进化时,另一条赛道正悄悄在纳米尺度上展开。
最近,加州理工学院的研究团队用DNA分子搭建出了能“学习”的微型神经网络,更令人惊讶的是,这些分子机器只需通过简单的加热冷却,就能像充电一样反复工作。这不仅打破了该领域几十年的能源困局,也让“在体内运行的智能”从科幻逐渐走近现实。
给DNA“充电”
用DNA构建分子机器的想法已有几十年历史,科学家一直希望设计出能在细胞尺度执行任务的纳米计算机。DNA因碱基配对的精确性,如同天然的编程语言,可被设计成实现特定逻辑的电路。但一个根本难题始终无解:能源从哪里来?
此前的方案如同使用一次性电池——每次运行都需消耗特定的“燃料DNA”,反应后废物堆积,系统无法持续工作。这也让很多人怀疑,分子计算机是否注定只能是“一次性玩具”。
2025年10月,钱璐璐团队在《自然》杂志上提出了一种极为简单的解决方案:用热量“复位”。他们设计的DNA电路在完成计算后,会达到热力学平衡状态而“停工”。但只需将溶液加热至约95摄氏度,DNA双链便会全部解开;随后缓慢冷却,它们会自发重新组合,回到充满势能的初始状态,准备执行下一轮任务。
这个过程无需添加任何化学燃料,也不产生残留废物。实验显示,包含超过200种分子的复杂电路,可在几分钟内完成“热充电”,并支持至少16轮连续计算。这意味着同一套分子系统能反复处理不同任务,真正具备了可重复使用的计算能力。
从执行指令到“学会思考”
能源问题解决后,另一个关键突破接踵而至。在同年的另一篇《自然》论文中,该团队证明DNA神经网络可进行真正的“监督学习”。
研究中,系统接收一系列输入模式及对应答案作为训练数据,通过化学反应动态调整内部各种DNA链的浓度比例(相当于调整“权重”)。训练后,面对从未见过的新数据,它能做出正确分类。这标志着分子机器不再仅限于执行预设程序,而是能够根据经验调整自身行为,具备了一定的自适应与决策能力。
虽然目前该系统能处理的模式复杂度有限,但结合热充电技术,它可被反复训练与优化,为开发能在复杂环境中自主学习的分子智能奠定了基础。这种学习能力若应用于生物体内,意味着未来或许能设计出可实时感知、分析并响应生理变化的纳米级诊断或治疗系统。
优势、挑战与未来场景
尽管前景诱人,DNA计算目前仍处于非常早期的阶段。与硅芯片相比,其运算速度慢、成本高,整体复杂度还差几个数量级。但它具备一些独特优势:尺度极小,可达纳米级;高度并行,一滴溶液中无数分子可同时反应;尤其是生物相容性好,可直接在体内工作而无需侵入式设备。
这些特点使其在一些特定领域潜力巨大,尤其是在精准医疗方面。想象一下,未来或许能设计一种DNA神经网络注射入人体,它可学习识别癌细胞的特有标记,并在目标位置精准释放药物,实现全程自主的诊疗一体化。此外,在环境感知、智能材料、合成生物学等领域,这种能自主学习、可长期工作的分子机器也可能开辟全新路径。
当然,从实验室演示到实际应用,仍需跨越材料稳定性、系统可靠性、规模化制备以及安全验证等多重障碍。但两项连续发表的突破性研究,无疑为分子计算从概念走向实用奠定了关键基石。
这项研究或许不会在短期内取代现有电子计算机,但它很可能开辟一个全新的科技疆域,尤其是在与生命系统直接交互的场景中。当分子机器学会自主学习,并能通过简单的物理方式持续工作,我们离那个能在血液中巡逻、在细胞间决策的“纳米医生”梦想,似乎又近了一步。
未来的智能,可能既存在于庞大的数据中心,也流淌在微观的分子网络里。这场静悄悄的革命,才刚刚开始。