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2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Fast Algorithmic Self-assembly of Simple Shapes Using Random Agitation

verfasst von : Ho-Lin Chen, David Doty, Dhiraj Holden, Chris Thachuk, Damien Woods, Chun-Tao Yang

Erschienen in: DNA Computing and Molecular Programming

Verlag: Springer International Publishing

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We study the power of uncontrolled random molecular movement in a model of self-assembly called the nubots model. The nubots model is an asynchronous nondeterministic cellular automaton augmented with rigid-body movement rules (push/pull, deterministically and programmatically applied to specific monomers) and random agitations (nondeterministically applied to every monomer and direction with equal probability all of the time). Previous work on nubots showed how to build simple shapes such as lines and squares quickly—in expected time that is merely logarithmic of their size. These results crucially make use of the programmable rigid-body movement rule: the ability for a single monomer to push or pull large objects quickly, and only at a time and place of the programmers’ choosing. However, in engineered molecular systems, molecular motion is largely uncontrolled and fundamentally random. This raises the question of whether similar results can be achieved in a more restrictive, and perhaps easier to justify, model where uncontrolled random movements, or agitations, are happening throughout the self-assembly process and are the only form of rigid-body movement. We show that this is indeed the case: we give a polylogarithmic expected time construction for squares using agitation, and a sublinear expected time construction to build a line. Such results are impossible in an agitation-free (and movement-free) setting and thus show the benefits of exploiting uncontrolled random movement.

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Metadaten
Titel
Fast Algorithmic Self-assembly of Simple Shapes Using Random Agitation
verfasst von
Ho-Lin Chen
David Doty
Dhiraj Holden
Chris Thachuk
Damien Woods
Chun-Tao Yang
Copyright-Jahr
2014
Verlag
Springer International Publishing
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-11295-4_2