Científicos construyen ordenadores vivos: el superordenador biológico

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E

l progreso humano en el último par de siglos ha sido exponencial. Ha mejorado la calidad de vida de generaciones enteras de personas y se ha instalado en las vidas de todo el planeta. Si bien es cierto que algunos protestarán por tan optimista declaración, y ciertamente el progreso también ha traído consigo nuevas penas, es incontestable que, en conjunto, el ser humano nunca había conocido los niveles de bienestar actuales.

Función del progreso tecnológico (eje “y”) con respecto del tiempo (eje “x”). Imagen: Stephan Harsan Farr

Y cuanto más mejora la tecnología y mayor es el progreso, más nos damos cuenta de que para construir de manera eficiente, el mejor ejemplo de que disponemos es la propia naturaleza, que ha gozado de millones de años para perfeccionar sus diseños en una carrera constante de obsolescencia y selección.

El diseño inspirado por la naturaleza se ha llevado a muchos campos, entre los que destaca la aviación y la robótica, si bien recientemente han existido también tremendos avances en materiales. Pero un campo que continuaba eminentemente inafectado en su diseño era la computación. Desde que se desarrolló el transistor en 1947 hasta la actualidad los avances, si bien admirables, se han basado más en la mejora de las ideas existentes que en la implementación de los diseños presentes en la naturaleza.

Pero esto está cambiando. Existen esfuerzos claros por utilizar neuronas como procesadores, y ya se han construido prototipos de ordenadores neuronales capaces de realizar cálculos simples utilizando neuronas de sanguijuelas. Su creador, el Profesor Ditto, del Instituto Tecnológico de Georgia, en Estados Unidos, reconoce que aún es un campo muy incipiente, pero en un futuro cercano podrá servir para tareas relativamente sencillas como el reconocimiento de textos manuscritos.

Solamente hace unos días, un grupo de científicos presentaron el que se está considerando como un superordenador biológico.

El superordenador biológico

Ilustración de proteínas encontrándose en un cruce de caminos. Imagen: Nicolau Sr. et al.

Publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences por el equipo liderado por el Profesor Nicolau, catedrático del Departamento de Bioingeniería de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, el artículo describe un modelo de ordenador biológico capaz de procesar información de manera rápida y precisa utilizando redes paralelas del mismo modo que hacen los superordenadores electrónicos. La única diferencia es que este modelo de superordenador biológico es mucho más pequeño que los actuales, utiliza mucha menos energía para su funcionamiento y utiliza para su funcionamiento proteínas presentes en todo organismo viviente.

Según explica el Profesor Nicolau, se embarcó junto con su hijo y tocayo en esta idea hace más de una década, y al tiempo se les unieron científicos suecos, alemanes y neerlandeses, hace unos 7 años. Lo que comenzó como unos garabatos en la parte trasera de un sobre tras un par de copas de ron se han convertido en una pequeña ciudad de canales por los que se mueven de manera controlada pequeñas cadenas de proteínas.

El chip en el que están albergadas mide únicamente 1,5 centímetros, y en vez de contener electrones alimentados por electricidad, el combustible de esta ciudad es el ATP.

¿Y qué es ATP?

Representación molecular del trifosfato de adenosina

ATP son las siglas del trifosfato de adenosina, un nucleótido (un tipo de molécula orgánica) fundamental en la obtención de energía celular. De hecho, es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares.

Puesto que el combustible son agentes biológicos, y como resultado apenas se calienta, este tipo de superordenador biológico utiliza también mucha menos energía que los superordenadores electrónicos convencionales, por lo que es una opción más sostenible. Precisamente la consecuencia de los requerimientos energéticos de éstos últimos es un gran calentamiento, por lo que hay que instalar sistemas de refrigeración que utilizan todavía más electricidad y requieren su propia central de energía para funcionar (por ejemplo, con la electricidad que requiere la Tianhe-2 se podrían cubrir las necesidades de 5.100 viviendas).

Podéis ver el vídeo con el enjambre de proteínas haciendo funcionar el procesador aquí. Y, en inglés, este vídeo muestra el funcionamiento intuitivo de los procesos.

Limitaciones

Por supuesto, este ha sido el primer intento serio de crear un ordenador biológico, ¡y ha sido exitoso! El prototipo ha sido capaz de afrontar de una manera muy eficiente problemas matemáticos complejos utilizando computación paralela (un tipo de computación en que se realizan de manera simultánea un gran número de operaciones) de un modo similar al de los superordenadores convencionales. Pero aun así, indican los autores del artículo, queda mucho trabajo para hacer de este prototipo un ordenador real viable.

Fotograma del vídeo que muestra el funcionamiento del ordenador biológico

“Ahora que existe este modelo como una forma capaz de resolver este problema en particular, llegarán muchos otros que tratarán de dar continuidad a los esfuerzos realizados y tratarán de llevarlo al límite, por ejemplo utilizando diferentes agentes biológicos,” explica el Profesor Nicolau. “Es difícil saber cuánto tiempo pasará hasta que veamos superordenadores biológicos a gran escala. Una posible vía para resolver problemas ligados al tamaño y a la complejidad de las operaciones sería a través de la combinación del prototipo con un ordenador convencional para crear un dispositivo híbrido.”

Lo que ayer formaba parte de la ciencia ficción, hoy es simplemente ciencia.

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2017-03-01T13:44:22+00:00