Biologisk dator löser omöjliga problem

Att hitta den kortaste rutten för en handelsresande som ska besöka ett antal städer är ett klassiskt optimeringsproblem. Ju fler städer som ska besökas, desto fler blir de alternativa rutterna.

För en klassisk dator som gör en beräkning i taget blir det till slut omöjligt att testa alla möjliga lösningar.

Om många beräkningar istället görs parallellt går det betydligt snabbare, men då krävs nya typer av datorer som kvantdatorer.

En konkurrent till kvantdatorn är en dator som bygger på muskelproteiner som rör sig i ett kanalsystem i nanoskala.

För ett år sedan kunde bland annat forskare i Lund och Kalmar visa att den biologiska datorn kan lösa enkla kombinatoriska problem.

Nu satsar EU närmare 60 miljoner kronor på ett femårigt projekt för att vidareutveckla tekniken.

–Vi ska tackla problem som dagens datorer är dåliga på, som att hitta bästa rutten eller kontrollera om ett kiselchip är rätt designat, säger Heiner Linke, professor i nanofysik vid Lunds universitet som koordinerar projektet.

Den biologiska datorn bygger på helt andra principer än elektroniken i en vanlig dator. Beräkningen sker genom att ett stort antal muskelproteiner – aktin – rör sig genom ett nätverk av nanometersmala kanaler som etsats i en kiselskiva.

Precis som i en muskel rör sig aktinet framåt med hjälp av ett annat protein – myosin – som sitter i botten av kanalerna och drar trådarna av aktin framåt.

Programmeringen sker genom att forskarna designar olika nätverk för olika typer av problem. I nätverket finns noder med särskilda trafikregler för proteinerna. När proteinerna letat sig igenom nätverket har de samtidigt hittat lösningen på problemet. Forskarna behöver bara observera genom vilka utgångar de kommer ut genom. (Film som förklarar principen.)

Hittills har det handlat om förhållandevis enkla beräkningar med en ingång till nätverket och upp till 1000 utgångar. Genom det femåriga projektet hoppas Heiner Linke och de övriga deltagarna från Tyskland, Storbritannien och Israel att kunna skala upp tekniken. Det ska också bli möjligt att programmera om kanalsystemet för olika beräkningar.

– Det är en av de saker vi kommer att jobba med. En annan teknisk utmaning är att få tillräckligt många aktintrådar i systemet, något vi hoppas på att kunna lösa genom att få dem att dela sig och blir fler på vägen, säger Alf Månsson professor på Linnéuniversitetet i Kalmar och deltagare i projektet.

Jämfört med en klassisk dator är tekniken både billig och dessutom energisnål. Det enda som proteinerna behöver är ATP, samma bränsle som cellerna använder.

– Energiåtgången är 100 till 1000 gånger mindre, säger Heiner Linke.

Tills det finns en kommersiell biologisk dator på marknaden tror han att vi dock får vänta åtminstone tio år.