Biokomputer wykorzystujący bakterie opracował zespół naukowców z Uniwersytetu McGill w Kanadzie współpracujących z badaczami z Wielkiej Brytanii, Czech, Holandii i Australii. Jak twierdzą, potrafi on przeprowadzać złożone operacje przy wykorzystaniu dużo mniejszej ilości pamięci i innych zasobów, niż typowe komputery.

Naukowcy wyjaśniają, że tradycyjne krzemowe komputery sprawdzają kolejno poszczególne możliwe rozwiązania, a to w przypadku bardzo złożonych problemów może zajmować lata, a nawet stulecia. Tymczasem bakterie mogą badać wiele potencjalnych rozwiązań jednocześnie. Ponadto mogą się dzielić i w ten sposób tworzyć kolejne biologiczne „procesory”.

– Współczesne komputery elektroniczne wykonują miliony operacji na sekundę, wykorzystując jeden układ scalony. Dzięki podziałom bakterii możemy mieć milion takich układów pracujących jednocześnie. Im więcej procesorów, tym szybciej można rozwiązać problem, nawet jeśli każdy z nich wykonuje mniej operacji na sekundę – wyjaśnia prof. Dan Nicolau z Uniwersytetu McGill, główny autor badania opisanego w magazynie „Microsystems & Nanoengineering”.

– Liczba bakterii może rosnąć wykładniczo, dostosowując się do skali problemu. To zupełnie nowy sposób prowadzenia obliczeń – podkreśla.

Aby przetestować swój biokomputer, naukowcy przedstawili klasyczny problem w postaci grafu możliwych wyborów, a następnie odtworzyli go jako sieć połączonych ze sobą mikroskopijnych kanałów. W kanałach tych bakterie mogły poruszać się różnymi trasami. Każda trasa odpowiadała innemu potencjalnemu rozwiązaniu problemu, a specjalne węzły pełniące funkcję bramek logicznych stanowiły punkty podejmowania decyzji.

Szybko namnażające się bakterie przemieszczały się przez te kanały, badając wiele różnych tras w tym samym czasie i sprawdzając równolegle dużą liczbę możliwych rozwiązań. 

Aby zapobiec nadmiernemu zagęszczeniu bakterii, badacze mogą regulować temperaturę biokomputera, wpływając w ten sposób na tempo namnażania mikrobów.

Analizując pokonywane przez bakterie trasy i wykorzystując automatyczną analizę obrazu do identyfikacji dróg prowadzących do rozwiązania, można było wskazać kombinacje spełniające warunki postawionego problemu.

Specjaliści podkreślają, że biologiczny komputer nie ma zastąpić tradycyjnych komputerów ani komputerów kwantowych. Ma raczej stanowić oszczędne pod względem zużycia zasobów i kosztów narzędzie do rozwiązywania problemów, których dotychczas nie udawało się rozwiązać.

Wymieniane przez badaczy potencjalne zastosowania to np. szyfrowanie danych, sztuczna inteligencja i biologia molekularna.

– Opracowana przez nas metoda jest dostosowana do rozwiązywania problemów, do których nie zaprojektowano komputerów elektronicznych, takich jak określanie struktury białek. Donoszono już, że sztuczna inteligencja poradziła sobie z tym zadaniem, ale to tylko połowa prawdy, ponieważ może ona jedynie analizować dostępne dane. Proponujemy technologię, która ma rozwiązywać problemy, a nie tylko szacować wyniki na podstawie wcześniejszych informacji – wyjaśnia prof. Nicolau.

Marek Matacz (PAP)

mat/ agt/