Futuros ordenadores biológicos

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

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El reto de la electrónica en los últimos años es integrar la materia orgánica y los procesos biológicos en el funcionamiento de los ordenadores. Para ello tienen varias razones. En primer lugar, el ordenador aspira a ser equivalente al cerebro humano, pero todavía tiene que recorrer un largo camino. En el camino de la electrónica se puede decir que está casi hasta el extremo y que el silicio está en el límite final.

La sílice es un elemento básico para la elaboración de microvendedores de ordenador, pero ha comenzado a mostrar sus limitaciones. El eje de la historia de la informática ha sido la miniaturización. Los primeros ordenadores acogían salas completas y sólo realizaban dos operaciones. Cincuenta años después, sin embargo, el ordenador es una pequeña máquina compacta capaz de realizar multitud de operaciones. La base de esta maravilla ha sido el microprocesador. En unos pocos milímetros cuadrados de silicio tiene transistores microscópicos, cada uno con su trabajo particular.

En los microprocesadores de silicio las nuevas generaciones han aparecido repetidas y la nueva ha dejado obsoleta a la anterior. En 1971, por ejemplo, Intel lanzó el microprocesador 4004 y en 1997 el Pentium II. Cabe señalar que el segundo tenía 3.200 veces más transistores que el primero. Y desde entonces se ha seguido la misma tendencia.

Sin embargo, la ruta de la miniaturización pronto se encontrará con la frontera física. Esto se debe a que en los circuitos integrados el flujo de electrones extrae un gran calor y hace falta espacio para su dispersión. El microprocesador Pentium III, por ejemplo, tiene 9,5 millones de transistores y todos están en un chip de un centímetro de longitud. Todo ello dentro del paralelepípedo negro del tamaño de la funda de gafas y cuya función es enfriar el microprocesador. Sin eso y sin el ventilador que tiene detrás, el microprocesador se incendiaría nada más encender el ordenador.

A pesar del problema del calor, la miniaturización exige cadenas de producción sofisticadas. Deben estar diez veces más esterilizados que cualquier quirófano del hospital. Su coste aumenta exponencialmente respecto a la velocidad de los microprocesadores y dentro de unos quince años puede suponer una barrera económica grave.

Moléculas orgánicas en el ordenador

Aunque por la vía de la microelectrónica basada en sílices o semiconductores, no será posible realizar circuitos compactos y complejos que permitan llegar a la "inteligencia artificial". Las estructuras biológicas son más compactas que cualquier sistema de silicio y pueden dar respuesta al problema. De hecho, a lo largo de los años se ha observado que tienen mejores características que los componentes electrónicos clásicos. Actualmente se sintetizan moléculas con dos estados (iguales a 0 y 1 de lógica binaria) que actúan de forma similar a los transistores. Una de ellas es la molécula de Errotaxane. Es más sorprendente la característica de otras moléculas, ya que en la superficie metálica sólo ellas se colocan en fila. Esta característica permitiría obtener circuitos integrados de forma automática (o natural).
En Estados Unidos se ha encontrado otra característica en la Universidad de Yale. En un principio los investigadores pensaban que cuando se hacían circular electrones por las moléculas naturalmente unidas, algunas de ellas, que eran conductoras, se degradarían rápidamente. Sin embargo, midiendo la corriente circulada en la molécula aislada de benceniditiol con un microscopio de túnel efectivo, se ha podido comprobar que un millón de electrones por segundo no se produce ningún calor atraviesa la molécula en fila.

Las neuronas en el ordenador

También se han avanzado mucho con las neuronas. En 1995 el bioquímico Peter Fromherz, del Instituto Max Planck, logró unir neurona y transistor de la peste. El transistor respondió a la corriente suministrada por la neurona excitada eléctricamente. Después se han utilizado las neuronas de la rata y el caracol. Últimamente, sin embargo, se ha conseguido una conversación entre neurona y sílice. Una parte del chip excita a la neurona y otra parte registra la reacción.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, dentro de unos diez años la electrónica molecular servirá de apoyo a componentes de silicio en ordenadores híbridos. Pero la sustitución de los semiconductores por moléculas biológicas obliga a los científicos a resolver un problema principal. Estas moléculas, como cualquier ser vivo, envejecen a lo largo de su vida y finalmente mueren. Por tanto, los datos de estas máquinas moleculares o neuronales deberán pasar a memorias clásicas (magnetoópticas) para evitar su pérdida.

El ADN en los ordenadores

porque el ADN está codificado a partir de las cuatro bases, se utiliza en los laboratorios como ábaco molecular para resolver problemas matemáticos complejos (que no pueden resolver los microordenadores). Porque los miles de millones de moléculas de ADN pueden reaccionar instantáneamente, teóricamente el ordenador fabricado con sólo ADN haría más operaciones que uniendo todos los ordenadores del mundo. Sin embargo, estos ordenadores no son nada útiles. Para cada operación habría que preparar una secuencia concreta de reacciones químicas. Sería como una conexión concreta de todos los transistores internos para cada operación en el ordenador clásico.

Por tanto, se considera que el ordenador de ADN, por el momento, no es práctico y su enorme capacidad de cálculo, se utilizará para necesidades científicas o militares como la criptografía.