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Durante décadas, la informática avanzó bajo una premisa casi inalterable, fabricar chips cada vez más potentes, acelerar los procesadores y ampliar la capacidad de los circuitos integrados. Ahora, un grupo de investigadores decide avanzar por un carril alternativo. En lugar de recurrir al silicio o a la computación cuántica, utiliza bacterias vivas para resolver problemas matemáticos complejos.
El marco de esta investigación –conducido por la Universidad McGill, en Canadá- se inscribe dentro de la computación biológica, una disciplina que aprovecha organismos y procesos vivos -desde el ADN hasta las neuronas cultivadas- para procesar datos. La apuesta consiste en explorar arquitecturas capaces de operar en paralelo, con un consumo energético menor que el de los sistemas electrónicos.
La propuesta aprovecha una capacidad natural de las bacterias, desplazarse, reproducirse y explorar múltiples recorridos. Para convertir ese comportamiento en un sistema de cálculo, los científicos diseñaron redes de micro fluídos que se empalman con diminutos canales interconectados. Cada trayecto representa una solución posible y los cruces funcionan como compuertas lógicas.
Al ingresar en la red, las bacterias atraviesan estos canales y se multiplican. Cada nueva generación amplía la cantidad de unidades biológicas que intervienen en la búsqueda, lo que permite explorar numerosas alternativas en paralelo. Así, el sistema aprovecha la reproducción celular para incrementar su capacidad de cálculo sin fabricar nuevos circuitos.
El experimento abordó el Subset Sum Problem, un desafío matemático que consiste en determinar si, dentro de un conjunto numérico, existe alguna combinación cuya suma sea exactamente igual a un valor objetivo. Los investigadores codificaron las restricciones en la red y luego identificaron los recorridos exitosos mediante sistemas automatizados de análisis de imágenes.
El crecimiento bacteriano también requiere supervisión. Los científicos ajustan la temperatura para controlar la proliferación de los microorganismos y evitar que la expansión termine saturando los canales. La lectura de las trayectorias permite distinguir cuáles de las alternativas exploradas cumplen con las condiciones del problema.
Millones de procesadores biológicos
El desafío consiste en trasladar esa ventaja a sistemas de mayor escala. Si los expertos logran controlar el crecimiento y la distribución de los microorganismos, se podrían desarrollar plataformas de cálculo capaces de ampliar sus recursos sin sumar nuevos componentes electrónicos.
“Las computadoras electrónicas modernas realizan millones de operaciones por segundo utilizando un único chip. Con la división bacteriana, tenemos un millón de chips trabajando al mismo tiempo. Más chips en simultáneo implica que el problema puede resolverse más rápido, aunque cada procesador individual sea más lento”, resume Dan Nicolau, profesor de Bioingeniería y autor principal del trabajo.
El investigador también destacó el potencial de esta arquitectura para adaptarse a problemas de diferente escala. “El crecimiento exponencial de las bacterias puede adaptarse al tamaño del problema. Es una forma completamente nueva de proyectar los cálculos”, sostuvo.
El proyecto es el resultado de una colaboración científica que se extendió durante dos décadas e involucró instituciones de Canadá, Europa, Reino Unido y Australia. Los resultados fueron publicados en la revista “Microsystems & Nanoengineering” y describen una prueba de concepto, no una computadora biológica lista para su comercialización.
Un complemento, no un reemplazo
Los investigadores no conciben esta tecnología como sustituta de las PC o los sistemas cuánticos. Su potencial estaría en aplicaciones específicas, como la criptografía, la biología molecular y algunos desarrollos de IA, donde la capacidad de explorar múltiples alternativas podría aportar nuevas herramientas para resolver problemas que hoy demandan grandes recursos de procesamiento.
Nicolau cuestionó la idea de que la IA resuelve todos los desafíos. “Nuestro enfoque está diseñado para problemas que las computadoras no fueron concebidas para resolver, como el mapeo de la estructura de proteínas”, señaló. Según el investigador, mientras los modelos analizan datos disponibles, esta tecnología explora soluciones mediante un mecanismo físico.
El potencial del biocomputador reside en combinar procesamiento paralelo, reproducción celular y una demanda energética que, según los autores, podría resultar competitiva en aplicaciones específicas. Sin embargo, todavía debe superar obstáculos vinculados con la precisión de las mediciones, el control del crecimiento bacteriano y la ampliación de las redes microfluídicas.
El estudio plantea que, a partir de cierto nivel de complejidad, este enfoque podría superar a algunos sistemas electrónicos en tareas específicas. Por ahora, se trata de una hipótesis. La informática del futuro quizá no dependa solo de transistores cada vez más pequeños, sino también de organismos vivos capaces de convertir su reproducción en una forma de cálculo.
Una matemática más orgánica
La computación biológica no se limita a las bacterias. Distintas investigaciones aprovechan las capacidades de organismos, neuronas y moléculas para procesar información mediante mecanismos naturales. Aunque todavía predominan los desarrollos experimentales, estas plataformas exploran formas alternativas de cálculo que no dependen de los circuitos electrónicos convencionales.
Uno de los casos más llamativos es el Physarum polycephalum, un moho mucilaginoso que carece de cerebro, pero puede encontrar rutas eficientes entre distintos puntos. Al reorganizar su red de tubos internos para distribuir nutrientes, resuelve la optimización espacial. Los científicos incluso ensayaron su integración con dispositivos electrónicos para aprovechar su capacidad de adaptación.
Otra vertiente emplea cultivos neuronales y organoides cerebrales. Cortical Labs, en Australia, y la Universidad Johns Hopkins investigan cómo las neuronas vivas responden a estímulos eléctricos y modifican su comportamiento. La «inteligencia de organoides» busca convertir estos tejidos tridimensionales en plataformas capaces de procesar información y aprender.
La computación espacial bacteriana organiza microorganismos sobre biochips para procesar señales químicas según su ubicación. Investigadores de la Universidad Northwestern exploran cómo esa distribución permite configurar circuitos lógicos biológicos que ejecutan funciones similares a las de la electrónica convencional.
La computación basada en ADN también avanza. En lugar de transistores, utiliza moléculas que almacenan información y ejecutan operaciones mediante reacciones químicas. Los investigadores desarrollaron sistemas experimentales para reconocer patrones, construir redes neuronales moleculares y realizar cálculos inspirados en las máquinas de Turing, directamente en tubos de ensayo.
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