Futurs ordenadors biològics

2001/01/01 Azkune Mendia, Iñaki - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Elektronika
• Biologia
• Hardwarea

El repte de l'electrònica en els últims anys és integrar la matèria orgànica i els processos biològics en el funcionament dels ordinadors. Per a això tenen diverses raons. En primer lloc, l'ordinador aspira a ser equivalent al cervell humà, però encara ha de recórrer un llarg camí. En el camí de l'electrònica es pot dir que està gairebé fins a l'extrem i que el silici està en el límit final.

La sílice és un element bàsic per a l'elaboració de microvendedores d'ordinador, però ha començat a mostrar les seves limitacions. L'eix de la història de la informàtica ha estat la miniaturització. Els primers ordinadors acollien sales completes i només realitzaven dues operacions. Cinquanta anys després, no obstant això, l'ordinador és una petita màquina compacta capaç de realitzar multitud d'operacions. La base d'aquesta meravella ha estat el microprocessador. En uns pocs mil·límetres quadrats de silici té transistors microscòpics, cadascun amb el seu treball particular.

En els microprocessadors de silici les noves generacions han aparegut repetides i la nova ha deixat obsoleta a l'anterior. En 1971, per exemple, Intel va llançar el microprocessador 4004 i en 1997 el Pentium II. Cal assenyalar que el segon tenia 3.200 vegades més transistors que el primer. I des de llavors s'ha seguit la mateixa tendència.

No obstant això, la ruta de la miniaturització ràpid es trobarà amb la frontera física. Això es deu al fet que en els circuits integrats el flux d'electrons extreu una gran calor i fa falta espai per a la seva dispersió. El microprocessador Pentium III, per exemple, té 9,5 milions de transistors i tots estan en un xip d'un centímetre de longitud. Tot això dins del paral·lelepípede negre de la grandària de la fongui d'ulleres i la funció de les quals és refredar el microprocessador. Sense això i sense el ventilador que té darrere, el microprocessador s'incendiaria res més encendre l'ordinador.

Malgrat el problema de la calor, la miniaturització exigeix cadenes de producció sofisticades. Han d'estar deu vegades més esterilitzats que qualsevol quiròfan de l'hospital. El seu cost augmenta exponencialment respecte a la velocitat dels microprocessadors i dins d'uns quinze anys pot suposar una barrera econòmica greu.

Molècules orgàniques en l'ordinador

Encara que per la via de la microelectrònica basada en sílices o semiconductors, no serà possible realitzar circuits compactes i complexos que permetin arribar a la "intel·ligència artificial". Les estructures biològiques són més compactes que qualsevol sistema de silici i poden donar resposta al problema. De fet, al llarg dels anys s'ha observat que tenen millors característiques que els components electrònics clàssics. Actualment se sintetitzen molècules amb dos estats (iguals a 0 i 1 de lògica binària) que actuen de manera similar als transistors. Una d'elles és la molècula d'Errotaxane. És més sorprenent la característica d'altres molècules, ja que en la superfície metàl·lica només elles es col·loquen en fila. Aquesta característica permetria obtenir circuits integrats de manera automàtica (o natural).
Als Estats Units s'ha trobat una altra característica en la Universitat de Yale. Al principi els investigadors pensaven que quan es feien circular electrons per les molècules naturalment unides, algunes d'elles, que eren conductores, es degradarien ràpidament. No obstant això, mesurant el corrent circulat en la molècula aïllada de benceniditiol amb un microscopi de túnel efectiu, s'ha pogut comprovar que un milió d'electrons per segon no es produeix cap calor travessa la molècula en fila.

Les neurones en l'ordinador

També s'han avançat molt amb les neurones. En 1995 el bioquímic Peter Fromherz, de l'Institut Max Planck, va aconseguir unir neurona i transistor de la pesta. El transistor va respondre al corrent subministrat per la neurona excitada elèctricament. Després s'han utilitzat les neurones de la rata i el caragol. Últimament, no obstant això, s'ha aconseguit una conversa entre neurona i sílice. Una part del xip excita a la neurona i una altra part registra la reacció.

Tenint en compte totes aquestes consideracions, dins d'uns deu anys l'electrònica molecular servirà de suport a components de silici en ordinadors híbrids. Però la substitució dels semiconductors per molècules biològiques obliga els científics a resoldre un problema principal. Aquestes molècules, com qualsevol ésser viu, envelleixen al llarg de la seva vida i finalment moren. Per tant, les dades d'aquestes màquines moleculars o neuronals hauran de passar a memòries clàssiques (magnetoòptiques) per a evitar la seva pèrdua.

L'ADN en els ordinadors

perquè l'ADN està codificat a partir de les quatre bases, s'utilitza en els laboratoris com a àbac molecular per a resoldre problemes matemàtics complexos (que no poden resoldre els microordinadors). Perquè els milers de milions de molècules d'ADN poden reaccionar instantàniament, teòricament l'ordinador fabricat amb només ADN faria més operacions que unint tots els ordinadors del món. No obstant això, aquests ordinadors no són gens útils. Per a cada operació caldria preparar una seqüència concreta de reaccions químiques. Seria com una connexió concreta de tots els transistors interns per a cada operació en l'ordinador clàssic.

Per tant, es considera que l'ordinador d'ADN, de moment, no és pràctic i la seva enorme capacitat de càlcul, s'utilitzarà per a necessitats científiques o militars com la criptografia.