Visul specialistilor in IT din Silicon Valley (SUA) este supercomputerul biologic sau neuronal, cum se spunea in urma cu patru decenii. Dar de la vis la realitate este un lung drum presarat cu esecuri si reusite. Ideea unor cercetatori, cosmologi si geneticieni ai deceniilor sapte-opt din secolul al XX-lea, mai degraba interesanta pentru scriitori de anticipatie precum Isaac Asimov, aceea a unui computer neuronal, a aparut tratata tot artistic in filmul din 1969, Odiseea spatiala 2001, al lui Stanley Kubrick. Scenariul a apartinut cercetatorului, devenit ulterior futurolog ca si Carl Sagan, Arthur C. Clarke.
Scenariul elaborat in anul 1968 previziona pentru inceputul mileniului al III-lea, anul 2001, nu doar posibilitatea zborurilor intergalactice cu echipaj uman, ci si existenta unor computere neuronale, cum era cazul celebrului HAL (unii zic ca era vorba despre initialele IBM, transpuse cu o litera mai jos), personajul-cheie din Odiseea spatiala 2001. Pare ridicol azi ca in anii 60, cand computerele de-abia prindeau viata, ele fiind atunci niste masinarii cat casa, care puteau efectua doar cateva mii de operatii, unii sa isi imagineze ca peste trei decenii urmau sa apara computerele neuronale, altfel spus computere umane, de fapt cu creier uman. Computere cu care sa stai de vorba, sa dialoghezi liber, nu presetat, sa ofere solutii sau sa refuze comenzi. Daca in privinta calatoriilor intergalactice prevazute pentru 2001 ridicolul este azi evident, computerul neuronal a aprins imaginatia. A trecut anul 2001, a venit anul 2016 si nici urma de computere de genul lui HAL, cel imaginat de Arthur C. Clarke. Nu s-a realizat nici macar un computer care sa invete sa cante, dar lasand la o parte fanteziile, cercetatorii de azi ar fi multumiti daca ar reusi sa construiasca un computer biologic. Acesta nu ar fi neuronal, adica cu celule cerebrale, ci cu molecule care ar putea executa cateva operatii, dar in timp record.
Conform unui studiu publicat in revista Proceduri ale Academiei Nationale de Stiinte din SUA, aceste computere biologice ar putea sa rezolve cele mai complexe probleme intr-o fractiune din timpul necesar celor mai performante supercomputere ale prezentului, dupa cum relateaza Listverse, preluat de Agerpres.
O solutie – biocomputerul
Dincolo de ce stim noi despre computerele aflate la indemana noastra, un fel de jucarii pentru oameni mari, cel mai rapid supercomputer de azi este Tianhe-2 din China, capabil sa execute aproximativ 55 de cvadrilioane (55.000 de trilioane) de calcule pe secunda, adica de multe mii de ori mai puternic decat calculatoarele personale sau cele mai moderne console de jocuri. Chiar si asa, limitarea acestui supercomputer este ca poate sa rezolve operatiile secvential, adica una cate una. HAL imaginat de Clarke, computerul gandit ca un creier uman, putea executa multiple operatiuni simultan!
Puterea de calcul a creierului uman este obtinuta prin convertirea moleculelor de adenozintrifosfat (ATP) in alte forme moleculare – un proces extrem de eficient din punct de vedere energetic si care genereaza incomparabil mai putina caldura decat cipurile de silicon care echipeaza procesoarele calculatoarelor. Aceasta explica, chiar si partial, de ce creierul uman poate rezolva anumite probleme mult mai rapid decat supercomputerele, consumand in acelasi timp incomparabil mai putina energie.
Comparativ, creierul uman consuma aproximativ 20 de wati de energie, suficient pentru a aprinde un bec nu foarte puternic, in timp ce supercalculatorul Tianhe-2 consuma aproximativ 17,8 megawati de energie, adica energia necesara pentru a aprinde 900.000 de becuri! In acest punct se concentreaza noile cercetari: moleculele de ATP ar putea fi raspunsul pentru obtinerea unui nou calculator, denumit de data aceasta biocomputer, capabil sa realizeze calcule simultan si nu secvential, cum fac azi computerele, si exact ca acum cinci decenii. Aflam din sursa Agerpres, ca unul dintre coautorii studiului amintit este Dan V. Nicolau Sr., un inginer chimist roman, profesor la Universitatea McGill din Montreal. El a inceput sa lucreze la ideea unui biocomputer in urma cu zece ani, impreuna cu fiul sau, Dan Nicolau Jr. de la Universitatea California din Berkeley, care este si coordonatorul acestui studiu.
„Agenti” mai iuti decat lumina
Primul pas a fost facut prin realizarea unui cip patrat din silicon, de 1,5 cm, incastrat in sticla, in care au fost realizate niste canale microscopice, fiecare cu un diametru mai mic de 250 de nanometri (mai subtiri decat lungimea de unda a luminii vizibile). Apoi, „cei doi oameni de stiinta au introdus fibre de proteine in aceste canale, fibre care se deplasau intr-un mod similar masinilor in traficul citadin. Acesti „agenti”, cum au fost denumiti de cercetatori, constau in filamente de actina si microtubuli, proteine care formeaza structura interna a celulelor vii.
Ei sunt pusi in miscare de biomotoare moleculare, asa cum este miozina, care ajuta musculatura sa se contracte, si respectiv kinezina, care contribuie la transportul intracelular al veziculelor si particulelor. Cei doi oameni de stiinta au pornit motoarele moleculare si au adaugat „etichete” fluorescente diferitilor agenti din sistem pentru a-i putea urmari in actiune. Au fost realizate o seama de teste, printre care si „dilema comisului-voiajor”. Numele problemei provine din analogia cu un vanzator ambulant care pleaca dintr-un oras si trebuie sa viziteze un numar dat de orase si care apoi trebuie sa se intoarca la punctul de plecare in cel mai scurt timp. „Desi o ruta care sa treaca prin toate respectivele orase poate fi identificata relativ rapid, confirmarea faptului ca respectiva ruta necesita si cel mai mic interval de timp pentru a fi parcursa presupune incercarea tuturor celorlalte rute posibile.”
Problema a fost rezolvata prin trimiterea foarte multor molecule prin reteaua de nanocanale din interiorul cipului, „la fel cum ai trimite milioane de vanzatori ambulanti pe rute diferite, de la un oras la altul, pentru a vedea care ruta este cea mai promitatoare”, dupa cum explica Dan V. Nicolau. Ideea revolutionara a biocomputerului nu este atat cea a folosirii moleculelor, cat cea a vitezei si a consumului de energie pentru rezolvarea unei probleme complexe.
Cei doi cercetatori au aratat ca dispozitivul lor ajungea aproape de fiecare data la rezultatul corect, dar „cu un consum de energie de aproximativ 10.000 de ori mai mic pe fiecare calcul decat i-ar fi trebuit unui calculator electronic”! Este cert ca prin dezvoltarea acestor cercetari, biocomputerele s-ar putea dovedi solutia pentru viitor, pentru ca sunt mult mai stabile decat calculatoarele cuantice, de pilda.
GEORGE CUSNARENCU
Comentarii