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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