Dr Abeer Eshra dari Maynooth University membahas bagaimana komputasi dan potensinya tidak terikat pada mesin atau material tertentu.
Sejak usia dini, Dr Abeer Eshra memiliki rasa ingin tahu tidak hanya tentang cara kerjanya, tetapi juga hal lain yang mungkin dilakukan.
Setelah menyelesaikan pendidikannya, dia mendapati dirinya semakin tertarik pada pertanyaan-pertanyaan yang tidak memiliki jawaban jelas, dibandingkan dengan pekerjaan yang akan membuatnya menerapkan solusi terhadap apa yang sudah diketahui.
Eshra mengatakan kepada SiliconRepublic.com: “Penelitian memberi saya kebebasan untuk terus belajar, mempertanyakan asumsi, dan mengeksplorasi ide-ide yang mungkin berhasil atau tidak, dan itulah yang membuat saya tertarik pada karier akademis. Saya dilatih di bidang teknik komputer, jadi tentu saja saya memikirkan komputasi dalam kaitannya dengan perangkat keras elektronik.
“Selama masterkurasa ingin tahu itu membawa saya pada komputasi DNA dan saya menjadi terpesona oleh gagasan bahwa komputasi tidak terikat pada mesin atau material tertentu. Menemukan bahwa molekul itu sendiri dapat diprogram untuk memproses informasi benar-benar mengubah cara berpikir saya tentang komputer.”
Saat itu Eshra – yang kini menjadi peneliti utama di Hamilton Institute dan asisten profesor di departemen ilmu komputer di Maynooth University – tidak memiliki akses ke laboratorium basah, yaitu fasilitas yang dirancang untuk pekerjaan yang melibatkan bahan kimia, cairan, bahan biologis, sampel, dan zat fisik lainnya. Dia berkolaborasi dengan para peneliti di sebuah lembaga pertanian sehingga mereka dapat melaksanakan bagian eksperimental dari pekerjaannya, atas namanya.
“Saya selalu ingin bisa melakukan eksperimen itu sendiri, tidak hanya merancang perhitungannya secara teoritis,” katanya. “Selama kuliah PhD, saya akhirnya mendapat kesempatan untuk bekerja langsung dengan sistem DNA, khususnya komputer DNA terbarukan yang dapat diatur ulang dan digunakan kembali.
“Kombinasi antara ilmu komputer dan eksperimen molekuler telah membentuk arah penelitian saya sejak saat itu.”
Perubahan komputasi
Baru-baru ini, Eshra terlibat dengan sebuah proyek di Universitas Maynooth. Proyek kolaboratif ini dikembangkan oleh Prof Laboratorium Damien Woods dan melihat Eshra dan rekan-rekannya mengerjakan apa yang disebut universitas sebagai ‘komputer DNA pertama dari jenisnya. Komputer DNA adalah perangkat yang bergantung pada komponen biomolekuler untuk menyelesaikan tugas, bukan komponen silikon atau elektronik yang biasanya digunakan dalam komputasi standar.
Dia menjelaskan: “Komputer DNA perancah terdiri dari untaian DNA panjang yang bertindak sebagai perancah, bersama dengan banyak untaian DNA pendek, atau ‘ubin’, yang bersaing untuk mengikatnya.
“Ubin tertentu yang kami tambahkan mengkodekan program dan inputnya. Saat sistem dipanaskan dan didinginkan, ubin tersebut mengikat, melepaskan ikatan, dan menggantikan satu sama lain, sekaligus berinteraksi dengan ubin di sekitarnya. Ide utamanya adalah merancang sistem sehingga jawaban terhadap komputasi juga merupakan keadaan yang paling menguntungkan secara energi.
“Saat untaian DNA bersaing, mengikat, dan menggantikan satu sama lain, sistem secara alami mengendur menuju keseimbangan dan susunan akhir mewakili jawabannya. Dalam hal ini, komputasi terjadi dengan bergerak menuruni bukit dengan penuh semangat.”
Dengan menggunakan metode ini, Eshra mengatakan ia dan timnya mampu mendemonstrasikan 10 program berbeda dan lebih dari 700 komputasi, termasuk perkalian, pembagian, deteksi paritas, dan penjumlahan dua bilangan 25-bit, yang mewakili 100 bit komputasi. Perhitungan kecil dapat diselesaikan dalam waktu kurang dari satu menit, katanya.
Pembaruan yang dilembagakan
Eshra dan timnya saat ini memiliki minat khusus pada sirkuit DNA terbarukan dan sistem molekuler yang dapat digunakan kembali, dengan sebagian besar penelitian mereka berfokus pada bagaimana molekul dapat diprogram untuk memproses informasi dengan kuat dan bagaimana sistem ini dapat digunakan kembali.
Yang paling penting adalah menjadikan energi terbarukan sebagai fitur inti dari pekerjaan ini. Ini adalah tujuan pribadi dan profesional yang dikontribusikan oleh kelompoknya untuk menjadikan pembaruan sebagai prinsip desain mendasar dalam komputasi molekuler, dibandingkan dengan tindakan yang diambil hanya setelah sistem dibangun.
“Pembaruan menjadi arah yang sangat penting, yang secara langsung memanfaatkan keahlian saya dalam komputer DNA terbarukan,” katanya. “Ini adalah arah yang saya mulai dan pimpin, mengeksplorasi apakah sistem dapat diatur ulang dan digunakan kembali daripada dikonsumsi setelah satu komputasi. Pekerjaan tersebut pada akhirnya menunjukkan bahwa komputer molekuler yang sama dapat digunakan kembali berulang kali dengan input yang berbeda.
“Saya ingin melihat pengaturan ulang, penggunaan kembali, dan pemrograman ulang menjadi kemampuan inti dalam perancangan sistem komputasi molekuler di masa depan. Secara lebih luas, kami tertarik pada rekayasa molekul untuk memproses informasi, bukan sekadar menyimpannya.
“Dalam jangka panjang, hal ini dapat berkontribusi pada teknologi molekuler baru yang dapat memproses informasi secara langsung dalam lingkungan kimia atau biologis, di mana komputasi molekuler mungkin menawarkan kemampuan yang sulit dicapai dengan cara lain.”
Taruhan saat ini dan masa depan
Ketika ditanya apa arti karyanya bagi komunitas STEM yang lebih luas, Eshra menjelaskan bahwa komputasi molekuler dapat memperluas cara berpikir orang tentang topik komputasi itu sendiri.
“Pemrosesan informasi dapat diwujudkan dalam interaksi molekuler, yang membuka pertanyaan-pertanyaan ilmiah yang berada di titik persimpangan ilmu Komputermatematika, kimia, fisika dan biologi,” katanya. “Interdisipliner tersebut sangat berharga karena memungkinkan ide dan alat dari satu bidang untuk membentuk kembali cara pendekatan masalah di bidang lain.
Dia menambahkan: “Saya juga merasa menarik bahwa bidang ini masih cukup muda untuk melakukan eksperimen dan benar-benar mengejutkan kita. Hasil yang tidak terduga dapat mengungkap sesuatu yang baru tentang sistem dan terkadang membuka arah penelitian yang benar-benar baru.”