Un equipo de investigadores de la Universidad de Maynooth, en Irlanda, desarrolló un ordenador molecular fabricado con ADN capaz de realizar operaciones como sumas, multiplicaciones y divisiones sin utilizar chips electrónicos ni un suministro continuo de electricidad.
El sistema funciona dentro de una solución de agua y sales, donde miles de millones de fragmentos de ADN interactúan al mismo tiempo. En lugar de ejecutar instrucciones paso a paso como una computadora convencional, las moléculas se reorganizan hasta alcanzar una estructura estable que representa la respuesta del cálculo.
El trabajo fue publicado el 16 de septiembre en la revista Nature y estuvo encabezado por investigadores del Instituto Hamilton y del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Maynooth.
El denominado Scaffolded DNA Computer, o SDC, fue probado con 10 programas diferentes. Entre ellos se encuentran multiplicaciones por tres, divisiones entre dos, detección de paridad de números de ocho bits y sumas de números de hasta 25 bits.
Para realizar los cálculos, los científicos utilizan una hebra larga de ADN que funciona como una especie de andamiaje. Sobre ella se unen fragmentos más pequeños diseñados para representar ceros y unos, de manera similar a las unidades básicas utilizadas por los ordenadores tradicionales.
El proceso comienza calentando la mezcla para separar algunas de las uniones entre las moléculas. Posteriormente se deja enfriar y los fragmentos vuelven a conectarse hasta formar la estructura más estable posible, que corresponde al resultado programado.
Una de las operaciones más sencillas, la suma de 10 más 3, pudo resolverse en alrededor de 30 segundos. Sin embargo, los cálculos más complejos, con números de hasta 25 bits, necesitaron hasta 14 horas, por lo que esta tecnología todavía está muy lejos de competir en velocidad con una computadora convencional.
Una de sus principales ventajas es que la mezcla puede reutilizarse. Durante los experimentos, algunos programas fueron ejecutados hasta 25 veces con diferentes valores de entrada sin necesidad de fabricar nuevamente el sistema molecular.
Los investigadores también lograron realizar una operación de 100 bits al sumar dos números de 25 bits, lo que representa una de las demostraciones más complejas realizadas hasta ahora con este tipo de computación basada en ADN.
A diferencia de otros ordenadores moleculares, que dependen de una sucesión de reacciones químicas y pueden acumular errores en cada paso, el nuevo sistema está diseñado para que la configuración correcta sea también la más favorable desde el punto de vista termodinámico.
Esto permite que las propias moléculas tiendan hacia la respuesta sin requerir mecanismos adicionales de corrección de errores.
El ordenador tampoco necesita mantenerse conectado permanentemente a una fuente eléctrica. Requiere energía para calentar la mezcla e iniciar el proceso, pero después son las interacciones entre las moléculas las que conducen al resultado.
Sin embargo, los investigadores advierten que todavía no es posible afirmar que este método consuma menos energía que los chips tradicionales, debido a que el estudio no realizó una comparación directa y convertir el sistema de laboratorio en una tecnología práctica requeriría nuevos desarrollos.
La computación con ADN no es nueva. En 1994, el científico Leonard Adleman demostró por primera vez que era posible utilizar moléculas de ADN para resolver un problema matemático relacionado con rutas entre ciudades.
Más de tres décadas después, el desarrollo de Maynooth muestra que estos sistemas pueden realizar operaciones mucho más complejas y ser reutilizados varias veces.
Entre las posibles aplicaciones futuras se encuentra el almacenamiento de grandes cantidades de información en moléculas de ADN e incluso, a largo plazo, el desarrollo de sistemas capaces de realizar cálculos dentro de células para detectar determinadas condiciones biológicas.
Por ahora, los propios investigadores consideran que se trata principalmente de ciencia básica. El avance no busca sustituir a las computadoras de silicio, sino demostrar una forma diferente de procesar información en la que las moléculas se organizan hasta encontrar por sí mismas la respuesta programada.
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