EnglishBacteriën als rekenmachine: zwemmend door een doolhof testen ze veel oplossingen tegelijk
Onderzoekers onder leiding van de Canadese McGill University laten bacteriën een rekenpuzzel oplossen door ze door een netwerk van piepkleine kanaaltjes te laten zwemmen. Omdat bacteriën zich delen, groeit het aantal 'rekenaars' vanzelf mee. Het is een eerste proef.
Sommige rekenpuzzels zijn voor gewone computers bijna niet te doen. Het gaat om problemen waarbij je uit heel veel mogelijke combinaties de goede moet vinden. Bij elk extra puzzelstukje verdubbelt het aantal combinaties ongeveer. Een computer die ze één voor één afgaat, is dan al snel langer bezig dan een mensenleven.
Een team onder leiding van de Canadese McGill University heeft een andere aanpak getest: laat levende bacteriën het werk doen. De onderzoekers beschrijven hun proef in het vaktijdschrift Microsystems & Nanoengineering. Senior auteur is Dan Nicolau, hoogleraar bio-engineering aan McGill. Het werk is volgens de universiteit het resultaat van twintig jaar samenwerking tussen onderzoekers in Canada, Europa, het Verenigd Koninkrijk en Australië.
Een doolhof waarin elke route een antwoord is
De onderzoekers zetten een rekenpuzzel eerst om in een schema van keuzes: bij elke stap kun je de ene of de andere kant op. Dat schema bouwen ze na als een netwerk van piepkleine, met elkaar verbonden kanaaltjes. Elk kruispunt is een keuzemoment. Elke route van begin tot eind staat voor één mogelijke oplossing.
Daarna laten ze bacteriën door het netwerk zwemmen. Elke bacterie kiest bij elk kruispunt een kant. Zo worden heel veel routes tegelijk afgelegd, en dus heel veel oplossingen tegelijk geprobeerd. Een computer met beeldherkenning kijkt waar de bacteriën uitkomen en welke routes kloppen.
Rekenaars die zichzelf verdubbelen
Het bijzondere zit in de deling. Een bacterie die zich deelt, wordt twee rekenaars. Volgens Nicolau werkt dat alsof je onderweg steeds meer computerchips krijgt, op het moment dat je ze nodig hebt. Een elektronische chip is per stap veel sneller, maar met een miljoen bacteriën zijn er een miljoen tegelijk aan het werk. Omdat het aantal bacteriën meegroeit met de grootte van de puzzel, groeit de rekenkracht mee.
De onderzoekers kunnen de groei sturen met de temperatuur. Zo voorkomen ze dat het netwerk te vol raakt. Volgens McGill gebruikt de biocomputer maar een klein deel van het geheugen en de middelen die een gewone computer voor zo'n puzzel nodig heeft.
Een eerste proef
Het gaat om een eerste proef in het lab, nog geen werkende machine voor grote problemen. De onderzoekers zeggen zelf dat het niet de bedoeling is om gewone computers of kwantumcomputers te vervangen. Ze zien het als een goedkoop hulpmiddel voor puzzels die gewone computers slecht aankunnen. Als mogelijke toepassingen noemen ze versleuteling, onderzoek naar de bouw van eiwitten en kunstmatige intelligentie. De volgende stap is laten zien dat de aanpak ook werkt bij grotere puzzels.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Rekenkracht is een van de grondstoffen van de toekomst: hoe meer er beschikbaar is, hoe grotere problemen we kunnen aanpakken. Dit onderzoek laat zien dat rekenkracht niet alleen uit silicium hoeft te komen. Een rekenaar die zichzelf vermenigvuldigt, is een heel andere manier van denken over computers. Lukt het om deze aanpak op te schalen, dan kan hij een nuttige aanvulling worden op gewone computers en kwantumcomputers, juist bij de puzzels waar die het moeilijkst mee hebben.
