Kehidupan sehari-hari kita sangat digital sehingga bahkan para teknofob tahu bahwa komputer adalah sekelompok transistor elektronik yang memproses sinyal 1 dan 0 yang dikodekan dalam suatu program. Tetapi jenis komputasi baru mungkin memaksa kita untuk me-reboot pemikiran kita: Untuk pertama kalinya para ilmuwan memanfaatkan sumber energi yang digunakan oleh sel-sel hidup untuk memberi daya pada protein kecil untuk menyelesaikan masalah matematika.
Penelitian, yang dipimpin oleh duo ayah-anak, adalah dorongan untuk biocomputing, yang menjanjikan perangkat yang menangani tugas-tugas kompleks dan menggunakan energi jauh lebih sedikit daripada mesin listrik. "Ini bukan masalah membuat komputer lebih cepat, " kata Dan Nicolau Jr, penulis utama studi baru, yang meraih gelar PhD dalam bidang biologi matematika di Oxford. "Ini masalah memecahkan masalah yang tidak bisa dipecahkan komputer sama sekali."
Ambil pemecahan kode, yang dapat melibatkan pengayakan triliunan kombinasi untuk mencapai satu solusi yang benar. Mungkin mengejutkan, komputer mainframe tidak begitu hebat dalam memecahkan masalah seperti itu karena mereka cenderung bekerja secara linear, membuat perhitungan dalam satu urutan pada satu waktu. Pemrosesan paralel — mencoba berbagai kemungkinan solusi secara bersamaan — adalah taruhan yang lebih baik.
Di situlah eksperimen baru masuk. Selama bertahun-tahun, Dan Nicolau Sr., kepala bioteknologi di McGill University di Montreal, telah mempelajari pergerakan protein sitoskeletal, yang membantu memberi struktur pada sel. Sekitar tahun 2002, putranya, yang saat itu sarjana, sedang memikirkan bagaimana tikus di labirin dan semut dalam perburuan memecahkan masalah. Bisakah protein yang diteliti ayahnya juga digunakan untuk memecahkan teka-teki?
Untuk menguji pertanyaan, pertama-tama mereka harus menerjemahkannya ke dalam bentuk yang dapat bereaksi terhadap protein. Jadi para peneliti memilih masalah matematika, memplotnya sebagai grafik dan kemudian mengubah grafik menjadi semacam labirin mikroskopis, yang terukir pada chip silika satu inci persegi. “Lalu Anda membiarkan jaringan itu dieksplorasi oleh agen — semakin cepat, semakin kecil, semakin baik — dan lihat di mana mereka keluar, ” kata Nicolau Sr. Dalam kasus ini, agennya adalah filamen protein sitoskeletal dari otot kelinci (dan beberapa tumbuh di laboratorium), dan mereka "mengeksplorasi" berbagai solusi labirin, seperti kerumunan yang mencari jalan keluar. Sementara itu, protein yang berliku-liku mengambil energi dari pemecahan ATP, molekul pelepas energi yang menggerakkan sel, dan "jawaban" muncul dari mengamati di mana protein melarikan diri, kemudian menelusuri kembali langkah-langkah mereka.
Biokomputer eksperimental ini tidak dapat mengungguli mesin elektronik, dan dirancang untuk menyelesaikan satu masalah saja. Tetapi para peneliti berpikir konsep itu dapat ditingkatkan pada suatu hari untuk mengatasi tantangan yang saat ini membingungkan komputer konvensional, menggunakan "ribuan kali lebih sedikit daya per perhitungan, " kata Nicolau Jr. Kriptografi, desain obat dan jalur sirkuit semua menimbulkan tantangan matematika besar yang hanya mengemis untuk prosesor paralel alami. Dan seperti yang dikatakan Nicolau Jr., "Hidup melakukan banyak hal dengan lebih efisien."
Berlangganan majalah Smithsonian sekarang hanya dengan $ 12
Kisah ini adalah pilihan dari majalah Smithsonian edisi Mei
Membeli
