Biocomputer con batteri vivi, milioni di elaboratori biologici lavorano insieme

Milioni di batteri che si muovono e si riproducono possono diventare le unità di calcolo di un computer biologico. È il principio alla base del dispositivo sperimentale sviluppato da un gruppo di ricercatori coordinato da Dan Nicolau, dell'Università McGill in Canada. Il progetto, descritto sulla rivista scientifica Microsystems & Nanoengineering, propone un sistema capace di affrontare problemi matematici complessi sfruttando le caratteristiche naturali dei microrganismi.

La principale differenza rispetto ai computer elettronici riguarda il modo in cui vengono elaborate le informazioni. Anziché affidare le operazioni ai circuiti di un processore tradizionale, il nuovo sistema utilizza una popolazione di batteri che percorre contemporaneamente numerosi tragitti all'interno di una rete di canali microscopici. Ogni percorso rappresenta una possibile soluzione al problema da risolvere.

Per realizzare il dispositivo, gli scienziati hanno impiegato due specie batteriche, Escherichia coli e Vibrio natriegens. Entrambe possono muoversi autonomamente attraverso minuscoli passaggi, mentre la loro capacità di riprodursi permette di aumentare progressivamente il numero delle unità biologiche disponibili per il calcolo.

Il funzionamento ricorda quello di un labirinto progettato secondo precise regole matematiche. I batteri avanzano lungo i canali e incontrano delle diramazioni che corrispondono alle diverse possibilità previste dal problema. Analizzando i percorsi completati dai microrganismi, i ricercatori possono individuare le combinazioni che rispettano le condizioni richieste.

Uno degli aspetti più interessanti riguarda la capacità di calcolo parallelo. Un singolo batterio è molto meno rapido di un processore elettronico, ma una popolazione composta da milioni di organismi può esplorare numerose alternative nello stesso momento. La moltiplicazione cellulare consente inoltre di aumentare il numero degli elaboratori biologici durante il funzionamento del sistema.

Dan Nicolau ha spiegato che i computer convenzionali riescono a compiere milioni di operazioni al secondo attraverso un singolo chip. Nel dispositivo biologico, invece, possono lavorare contemporaneamente circa un milione di unità, ciascuna dotata di una capacità di elaborazione più limitata. La forza del sistema deriva quindi dal numero degli organismi coinvolti e dalla possibilità di distribuirne il lavoro.

La ricerca apre prospettive anche sul fronte dell'efficienza energetica. Secondo gli studiosi, l'impiego dei batteri potrebbe consentire di affrontare determinate operazioni con un consumo di energia e un impiego di risorse inferiori rispetto alle tecnologie elettroniche tradizionali. Si tratta tuttavia di una soluzione ancora sperimentale, le cui prestazioni su problemi di dimensioni maggiori devono essere ulteriormente valutate.

Tra i possibili campi di applicazione figurano la crittografia, lo studio della struttura delle proteine e alcune elaborazioni legate all'intelligenza artificiale. Sono attività che possono richiedere l'esame di un numero elevatissimo di combinazioni, rendendo particolarmente interessante un sistema capace di esplorare molte alternative contemporaneamente.

L'obiettivo dei ricercatori non è sostituire i computer elettronici o quelli quantistici. Il biocomputer potrebbe invece affiancarli come strumento specializzato per specifiche categorie di problemi, sfruttando la riproduzione e il movimento dei batteri per ampliare le possibilità di elaborazione senza ricorrere esclusivamente a componenti elettronici.