Calcolo ad alta efficienza energetica ispirato alla vita
I sistemi viventi utilizzano complesse reti di reazione per elaborare grandi quantità di informazioni sul loro ambiente. Gli esempi includono le reti di segnalazione nelle cellule immunitarie e il quorum sensing dei batteri. «Se riuscissimo a catturare le proprietà di queste reti in materiali sintetici “simili alla vita”, potremmo costruire sistemi di elaborazione dell’informazione molecolare molto diversi dai computer che conosciamo oggi», afferma Wilhelm Huck(si apre in una nuova finestra), professore presso Università Radboud di Nimega(si apre in una nuova finestra). Con il sostegno del progetto Life-Inspired finanziato dall’UE, Huck si è proposto di fare proprio questo.
Dalla competizione alle reti complesse
Utilizzando il reservoir computing in chemico, il progetto sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra) ha cercato di sfruttare le dinamiche e le non linearità intrinseche delle reazioni chimiche. «Abbiamo dimostrato come si possa sfruttare la competizione tra molecole per una risorsa condivisa, in questo caso un enzima, per costruire reti complesse adatte al reservoir computing in chemico», osserva l’autore. Il reservoir computing è una struttura computazionale che utilizza un sistema dinamico ad alta dimensione (il reservoir) per elaborare i segnali in ingresso. Ispirandosi al reservoir computing, il reservoir computing in chemico utilizza le reti di reazioni chimiche come «serbatoio» per eseguire i calcoli.
Verso sistemi informatici più efficienti dal punto di vista energetico
Sfruttando la dinamica e la complessità intrinseca delle reazioni chimiche per elaborare le informazioni, il progetto ha identificato un potenziale percorso verso sistemi informatici più efficienti dal punto di vista energetico. «L’informatica digitale, soprattutto se utilizzata per addestrare i modelli di intelligenza artificiale, consuma enormi quantità di energia», spiega il ricercatore. «Il nostro obiettivo era quello di vedere se potevamo sviluppare paradigmi di calcolo alternativi che fossero più efficienti dal punto di vista energetico». Oltre al lavoro sull’efficienza energetica dell’informatica, il progetto si è occupato anche dell’utilizzo di tale informatica come mezzo per ricavare nuove conoscenze sui processi biologici. «Il nostro approccio molecolare al calcolo ha il potenziale per aiutarci a capire meglio come le cellule viventi elaborano le informazioni», aggiunge. «A lungo termine, questo potrebbe far luce su come le malattie interferiscono con la capacità di un sistema vivente di elaborare le informazioni». Il progetto ha anche esplorato come il computing in chemico possa essere utilizzato per sviluppare nuovi tipi di sensori.
Interfacciamento con sistemi sia elettronici che viventi
Con il supporto di dottorandi e postdoc, il progetto Life-Inspired ha trasformato una semplice idea in un computer e in un sensore reservoir davvero impressionante. «Spero che il nostro lavoro serva da punto di partenza per permettere ad altri ricercatori di costruire reti di competizione e arruolare questi sistemi chimici come reservoir computer per trovare nuovi modi di interfacciarsi con i sistemi elettronici e viventi», conclude. Con l’obiettivo di ampliare la portata e la potenza di calcolo dei sistemi sviluppati durante il progetto Life-Inspired, Huck sta facendo domanda per ottenere ulteriori finanziamenti. Sta anche apportando gli ultimi ritocchi a un articolo che illustra alcuni dei risultati del progetto.
