Biodatamaskin (Foto: McGill University/Till Korten)

Fra «science fiction» til «science»

Åpner døren for biologiske datamaskiner

Skal gjøre det mulig å lage superdatamaskiner på størrelsen av en bok.

De fleste av dagens superdatamaskiner er egentlig klynger av servere som jobber parallelt med å løse store og tunge regneoppgaver. Disse anleggene fyller ofte et stort rom og krever store mengder energi og kjøling.

I forrige uke kunngjorde forskere ved en gruppe universiteter, blant annet Lund universitet og Linnéuniversitetet i Sverige, at de har kommet på spor av en løsning som kan åpne for en helt ny type datamaskiner, nemlig biologiske. Disse ventes å kunne løse visse matematiske oppgaver både raskere og mer energieffektivt enn dagens superdatamaskiner.

Ifølge Lund universitet er ikke dagens datamaskiner særlig effektive til å løse oppgaver som for eksempel krever testing av kombinatoriske problemer, hvor det testes et stort antall mulige løsninger. Aktuelle områder å benytte dette inkluderer kryptografi og optimeringslære.

Molekylmotorer

Ved å ta i bruk det de kaller for molekylmotorer, mener forskerne at slike kombinatoriske problemer kan løse både raskt og energieffektivt.

Molekylmotororene beskrives som store molekyler som utfører mekaniske oppgaver i levende celler. I menneskekroppen er myosin, som finnes i muskelcellene, et eksempel på dette. Men på utsiden av cellen kan myosin brukes til å flytte aktin-baserte proteintråder. Dette skjer langs kunstige kjørebaner eller kanaler som brukes til å styre trådenes bevegelse.

– Enkelt forklart så bygger man en labyrint av nanobaserte kanaler som har spesielle trafikkregler for proteintrådene. Løsningen på labyrinten tilsvarer svaret på et matematisk problem, og mange molekyler kan lete seg fram i labyrinten samtidig, sier Heiner Linke, direktør for NanoLund og koordinator den aktuelle studien, i en pressemelding.

Far og sønn

Det er etter alt å dømme to canadiske forskere ved McGill University i Montreal, Dan Nicolau senior og junior som skal ha fått den opprinnelige ideen. Dette skjedde for omtrent ti år siden. De har videreutviklet ideen siden da. For sju år siden begynte far og sønn Nicolau å samarbeide med forskere Sverige, Tyskland og Nederland. Det er resultatet av dette samarbeidet som nå har blitt offentliggjort.

Biodatamaskin
Proteinstrenger med ulike lengder transporteres rundt i mikrobrikken som driver den modellerte, biologiske superdatamaskinen. Bilde: NanoLund

– Dette startet som en idé på baksiden av en konvolutt, etter for mye rom, tror jeg, med tegninger av det som så ut som små marker som utforsker labyrinter, sier Nicolau senior i en pressemelding.

Forskerne har nå lagd en modell av biosuperdatamaskin som skal være et første skritt på veien for å bevise denne typen datamaskiner faktisk virker.

Som gatenettet i en by

Denne kretsen skal ligne veiene i en travel og velfungerende by, sett fra et fly. Som i byen navigerer kjøretøyer med ulike størrelser og motortyper gjennom tilpassede «kanaler», mens de forbruker drivstoff samtidig som de beveger seg.

Forskjellen er at kretsen er 1,5 kvadratcentimeter stor, det er proteinstrengene som beveger seg, og drivstoffet er adenosintrifosfat (ATP), substansen som brukes for energioverføring i cellene til levende organismer.

Kvatedatamaskiner

Ifølge Lund universitet benyttes det en strategi som minner om kvantedatamaskiner. Men i stedet for kvantebits (qbits), bruker biodatamaskinene altså molekyler som arbeider parallelt.

– Det faktum at molekyler er veldig billig, og at vi nå har vist at biodatamaskinens beregninger fungerer, gjør at jeg tror at biodatamaskiner har forutsetning for å kunne brukes i praksis innen ti år. Riktignok kan kvantedatamaskiner på lengre sikt bli mer slagkraftige, men det finnes store problemer med få dem til å fungere i praksis, sier Linke.

Energigjerrig

– En annen stor fordel er at molekylmotoren er veldig energigjerrige. En biodatamaskin bruker mindre enn en hundredel av energien til en elektronisk transistor for å gjennomføre et regnetrinn, legger Linke til.

Nicolau senior sier at det er mye arbeid som gjenstår før man kan gå fra modellen som nå har blitt laget, og over til en fungerende datamaskin i full størrelse – noe som antydes å være på størrelse med en bok.

Men, som det legges til – det som en gang var ren science fiction, er nå bare «science», altså vitenskap.

En vitenskapelig artikkel om forskningen er tilgjengelig her.

Til toppen