Η καθημερινή μας ζωή είναι τόσο ψηφιοποιημένη ώστε ακόμη και οι τεχνόφοβες γνωρίζουν ότι ένας υπολογιστής είναι μια δέσμη ηλεκτρονικών τρανζίστορ που επεξεργάζονται τα σήματα 1 και 0 που κωδικοποιούνται σε ένα πρόγραμμα. Αλλά ένα νέο είδος υπολογιστικής μπορεί να μας αναγκάσει να επανεκκινήσουμε τη σκέψη μας: Για πρώτη φορά οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιούν τα ζωντανά κύτταρα για να τροφοδοτούν μικροσκοπικές πρωτεΐνες για να λύσουν ένα μαθηματικό πρόβλημα.
Η έρευνα, υπό την ηγεσία ενός δίδυμου πατέρα-γιου, είναι μια ώθηση για την βιομετατροπή, η οποία υπόσχεται συσκευές που αντιμετωπίζουν περίπλοκα καθήκοντα και χρησιμοποιούν πολύ λιγότερη ενέργεια από τις ηλεκτρικές μηχανές. "Δεν πρόκειται για τη δημιουργία γρηγορότερων υπολογιστών", λέει ο Dan Nicolau Jr., επικεφαλής της νέας μελέτης, ο οποίος κέρδισε διδακτορικό δίπλωμα στη μαθηματική βιολογία στην Οξφόρδη. "Είναι θέμα επίλυσης προβλημάτων που ένας υπολογιστής δεν μπορεί να λύσει καθόλου."
Πάρτε το σπάσιμο κώδικα, το οποίο μπορεί να περιλαμβάνει κοσκινίσματος τρισεκατομμύρια συνδυασμών για να επιτευχθεί μια σωστή λύση. Ίσως να είναι εκπληκτικό ότι οι υπολογιστές mainframe δεν είναι τόσο μεγάλοι για την επίλυση ενός τέτοιου προβλήματος, επειδή τείνουν να λειτουργούν γραμμικά, κάνοντας υπολογισμούς σε μία ακολουθία κάθε φορά. Η παράλληλη επεξεργασία - προσπαθώντας ταυτόχρονα πολλές πιθανές λύσεις - είναι ένα καλύτερο στοίχημα.
Εκεί, εδώ και χρόνια, ο Dan Nicolau Sr., επικεφαλής της βιοϊατρικής στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ, έχει μελετήσει την κυκλοφορία των κυτταροσκελετικών πρωτεϊνών, οι οποίες βοηθούν στη δημιουργία δομής των κυττάρων. Γύρω στο 2002, ο γιος του, τότε προπτυχιακός, σκεφτόταν πώς τα αρουραίοι σε λαβύρινθους και μυρμήγκια στο κυνήγι λύνουν προβλήματα. Θα μπορούσαν οι πρωτεΐνες που ο πατέρας του να ερευνήσουν επίσης να τεθούν σε εργασία για την επίλυση παζλ;
Για να δοκιμάσουν την ερώτηση, έπρεπε πρώτα να μετατραπούν σε μια μορφή με την οποία θα μπορούσαν να αντιδράσουν οι πρωτεΐνες. Έτσι, οι ερευνητές επέλεξαν ένα μαθηματικό πρόβλημα, το σχεδίασαν ως γράφημα και στη συνέχεια μεταμόρφωσαν το γράφημα σε ένα είδος μικροσκοπικού λαβύρινθου, το οποίο χαράχθηκε πάνω σε τσιπ πυριτίου μίας ίντσας. "Τότε αφήνετε το δίκτυο να εξερευνηθεί από πράκτορες - τόσο ταχύτερα, όσο μικρότερα, τόσο καλύτερα - και να δούμε πού ξεφεύγουν", λέει ο Nicolau Sr. Στην περίπτωση αυτή, οι παράγοντες ήταν κυτταροσκελετικές πρωτεΐνες από μυς κουνελιού (και κάποιοι καλλιεργούνται στο εργαστήριο), και «διερεύνησαν» τις διάφορες λύσεις του λαβύρινθου, όπως ένα πλήθος που αναζητούσε εξόδους. Εν τω μεταξύ, οι πρωτεΐνες που περιστρέφονταν πήραν ενέργεια από τη διάσπαση του ΑΤΡ, το μόριο απελευθέρωσης ενέργειας που εξουσιοδοτεί τα κύτταρα, και οι "απαντήσεις" προέκυψαν από την παρακολούθηση της προέλευσης των πρωτεϊνών και στη συνέχεια την ανάκαμψη των βημάτων τους.
Αυτός ο πειραματικός βιομετρικός υπολογιστής δεν μπορεί να ξεπεράσει την απόδοση μιας ηλεκτρονικής μηχανής και έχει σχεδιαστεί για να λύσει μόνο ένα πρόβλημα. Αλλά οι ερευνητές πιστεύουν ότι η ιδέα μπορεί να κλιμακωθεί κάποια μέρα για να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις που αντιμετωπίζουν σήμερα οι συμβατικοί υπολογιστές, χρησιμοποιώντας "χιλιάδες φορές λιγότερη ισχύ ανά υπολογισμό", λέει η Νικολάου Τζορτζ Κρυπτογραφία, σχεδιασμός φαρμάκων και διαδρομές κυκλώματος δημιουργούν όλες τις μεγάλες μαθηματικές προκλήσεις που απλώς επαινούν για έναν φυσικό παράλληλο επεξεργαστή. Και όπως λέει ο Νικολάου νεώτερος, "Η ζωή κάνει τα πράγματα πιο αποτελεσματικά".
Εγγραφείτε στο περιοδικό Smithsonian τώρα για μόλις $ 12
Αυτή η ιστορία είναι μια επιλογή από το τεύχος Μαΐου του περιοδικού Smithsonian
Αγορά
