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Le proteine ​​delle cellule viventi possono risolvere i problemi dei supercomputer Vex?

La nostra vita quotidiana è così digitalizzata che persino i tecnofobi sanno che un computer è un gruppo di transistor elettronici che elaborano i segnali 1 e 0 codificati in un programma. Ma un nuovo tipo di elaborazione potrebbe costringerci a riavviare il nostro pensiero: per la prima volta gli scienziati hanno sfruttato la fonte di energia utilizzata dalle cellule viventi per alimentare piccole proteine ​​per risolvere un problema di matematica.

La ricerca, guidata da un duo padre-figlio, è una spinta per il biocomputer, che promette dispositivi che affrontano compiti complessi e consumano molta meno energia rispetto alle macchine elettriche. "Non si tratta di rendere i computer più veloci", afferma Dan Nicolau Jr., autore principale del nuovo studio, che ha conseguito un dottorato di ricerca in biologia matematica a Oxford. "Si tratta di risolvere i problemi che un computer non può risolvere affatto".

Prendi la rottura del codice, che può comportare la setacciatura attraverso trilioni di combinazioni per raggiungere una soluzione corretta. Forse sorprendentemente, i computer mainframe non sono così bravi a risolvere un problema del genere perché tendono a funzionare in modo lineare, facendo calcoli in una sequenza alla volta. L'elaborazione parallela - provare contemporaneamente più soluzioni possibili - è una scommessa migliore.

È qui che entra in gioco il nuovo esperimento. Per anni Dan Nicolau Sr., responsabile della bioingegneria presso la McGill University di Montreal, ha studiato il movimento delle proteine ​​citoscheletriche, che aiutano a dare alle cellule la loro struttura. Intorno al 2002, suo figlio, allora studente universitario, stava pensando a come i ratti nei labirinti e le formiche in caccia risolvano i problemi. Le proteine ​​studiate da suo padre potrebbero anche essere messe al lavoro per risolvere enigmi?

Per testare la domanda, prima dovevano tradurla in una forma a cui le proteine ​​potevano reagire. Quindi i ricercatori hanno scelto un problema matematico, lo hanno tracciato come un grafico e poi hanno convertito il grafico in una specie di labirinto microscopico, che è stato inciso su un chip di silice da un pollice quadrato. "Quindi lasci che la rete venga esplorata dagli agenti - il più veloce, il più piccolo, il migliore - e vedi dove stanno uscendo", dice Nicolau Sr. In questo caso, gli agenti erano filamenti proteici citoscheletrici provenienti dal muscolo di coniglio (e alcuni cresciuti in laboratorio) e "esploravano" le varie soluzioni del labirinto, come una folla in cerca di uscite. Nel frattempo, le proteine ​​tortuose hanno raccolto energia dalla rottura dell'ATP, la molecola a rilascio di energia che alimenta le cellule, e le "risposte" sono emerse osservando dove le proteine ​​sono fuggite, quindi ripercorrendo i loro passi.

Questo biocomputer sperimentale non può superare le prestazioni di una macchina elettronica ed è progettato per risolvere solo un problema. Ma i ricercatori pensano che un giorno il concetto possa essere ampliato per affrontare le sfide che attualmente confondono i computer convenzionali, usando "migliaia di volte meno potenza per calcolo", afferma Nicolau Jr. Crittografia, progettazione di farmaci e percorsi dei circuiti pongono tutti grandi sfide matematiche che stanno solo implorando per un processore parallelo naturale. E come dice Nicolau Jr., "La vita fa le cose in modo più efficiente".

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Questa storia è una selezione dal numero di maggio della rivista Smithsonian

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