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Crean una nanocomputadora que se alimenta de energía como las células vivas

Un equipo de científicos crea un modelo en miniatura de lo que podría ser un 'ordenador biológico'


Un equipo internacional ha creado modelo de computadora a nanoescala alimentado por trifosfato de adenosina, ATP, la sustancia que alimenta las células biológicas. Gasta mucha menos energía, y por tanto se calienta mucho menos y es más sostenible que los computadores electrónicos.





Superordenador alimentado por cadenas de proteínas. Imagen: Till Korten. Fuente: Universidad McGill.
Superordenador alimentado por cadenas de proteínas. Imagen: Till Korten. Fuente: Universidad McGill.
La sustancia que proporciona energía a todas las células de nuestro cuerpo, el trifosfato de adenosina (ATP), también puede ser capaz de impulsar la próxima generación de superordenadores. Eso es lo que cree un equipo internacional de investigadores dirigido por Dan Nicolau, catedrático de Bioingeniería de la Universidad McGill (Canadá).

El equipo ha publicado un artículo sobre el tema esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), en el que describen el modelo de una computadora biológica que han creado que es capaz de procesar la información muy rápidamente y con precisión, utilizando redes en paralelo de la misma manera que las enormes super computadoras electrónicas; con la diferencia de que el modelo de bio-superordenador que han creado es mucho más pequeño que los superordenadores actuales, con un gran ahorro de energía, y utiliza las proteínas presentes en todas las células vivas para funcionar.

"Hemos logrado crear una red muy compleja en un área muy pequeña", dice Nicolau en la información de McGill. Comenzó a trabajar en la idea con su hijo, Dan Jr., hace más de una década, y luego se unió a colegas de Alemania, Suecia y los Países Bajos, hace unos 7 años.

El modelo de bio-supercomputadora que los Nicolau (padre e hijo) y sus colegas han creado se llevó a cabo gracias a una combinación de modelado geométrico y conocimientos de ingeniería (a nanoescala). Es un primer paso para demostrar que este tipo de computadora biológica puede funcionar de verdad.

El circuito de los investigadores tiene la apariencia de un mapa de carreteras de una ciudad bulliciosa, vista desde un avión. Al igual que en una ciudad, los coches y los camiones de diferentes tamaños, con motores de diferentes tipos, navegan a través de los canales que se han creado para ellos, consumiendo el combustible que necesitan para mantenerse en movimiento.

Computación más sostenible

Pero en el caso del biocomputador, la ciudad es un chip que mide aproximadamente 1,5 centímetros cuadrados en los que se han grabado los canales.

En lugar de electrones propulsados ​​por una carga eléctrica que se mueven alrededor de un microchip tradicional, hay cadenas cortas de proteínas (que los investigadores llaman agentes biológicos) viajando alrededor del circuito de una manera controlada, cuyos movimientos son alimentados con ATP, la sustancia química que es, en cierto modo, el jugo de la vida.

Debido a que funciona con agentes biológicos, y como resultado de eso, casi no se calienta, el modelo de bio-supercomputadora que han desarrollado los investigadores utiliza mucha menos energía que los superordenadores electrónicos estándar, por lo que es más sostenible. Los superordenadores tradicionales utilizan tanta electricidad, que se calientan mucho y luego tienen que enfriarse.

Pasar del modelo a la realidad

Aunque el modelo de bio-superordenador fue capaz de hacer frente de manera muy eficiente a un complejo problema matemático clásico mediante el uso de computación en paralelo del tipo de la que utilizan los superordenadores, los investigadores reconocen que todavía queda mucho trabajo por delante para pasar del modelo que han creado a un equipo funcional a escala completa.

"Ahora surgirán otros modelos que intenten llevar el nuestro más lejos, usando diferentes agentes biológicos, por ejemplo", dice Nicolau. "Es difícil decir cuándo veremos un bio-superordenador a escala completa. Una de las opciones para hacer frente a problemas más grandes y complejos puede ser combinar nuestro dispositivo con un ordenador convencional para que forme un dispositivo híbrido. En este momento estamos trabajando en una variedad de maneras de llevar la investigación más lejos".

Referencia bibliográfica:

Dan V. Nicolau, Mercy Lard, Till Korten, Falco C. M. J. M. van Delft, Malin Persson, Elina Bengtsson, Alf Månsson, Stefan Diez, Heiner Linke, Dan V. Nicolau: Parallel computation with molecular-motor-propelled agents in nanofabricated networks. Proceedings of the National Academy of Sciences (2016). DOI: 10.1073/pnas.1510825113.


Lunes, 29 de Febrero 2016
Universidad McGill/T21
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