Notre vie quotidienne est tellement numérisée que même les technophobes savent qu'un ordinateur est un ensemble de transistors électroniques qui traitent des signaux 1 et 0 encodés dans un programme. Mais un nouveau type d’informatique peut nous obliger à relancer notre réflexion: pour la première fois, des scientifiques ont exploité la source d’énergie utilisée par les cellules vivantes pour faire fonctionner de minuscules protéines et ainsi résoudre un problème mathématique.
La recherche, dirigée par un duo père-fils, stimule la bio-informatique, promettant des appareils abordant des tâches complexes et utilisant beaucoup moins d'énergie que les machines électriques. «Il ne s'agit pas de créer des ordinateurs plus rapides», explique Dan Nicolau Jr., auteur principal de la nouvelle étude, qui a obtenu un doctorat en biologie mathématique à Oxford. «Il s’agit de résoudre des problèmes qu’un ordinateur ne peut résoudre du tout.»
Prenez le code-break, ce qui peut impliquer de passer au crible des milliards de combinaisons pour arriver à une solution correcte. Il est peut-être surprenant de constater que les ordinateurs centraux ne sont pas aussi efficaces pour résoudre un problème de ce type, car ils ont tendance à fonctionner de manière linéaire et à effectuer des calculs dans une séquence à la fois. Le traitement parallèle - essayer plusieurs solutions simultanément - est un meilleur pari.
C’est là que la nouvelle expérience entre en scène. Pendant des années, Dan Nicolau Sr., responsable de la bio-ingénierie à l’Université McGill de Montréal, a étudié le mouvement des protéines cytosquelettiques, qui aident les cellules à se structurer. Vers 2002, son fils, alors étudiant de premier cycle, réfléchissait à la façon dont les rats dans les labyrinthes et les fourmis à la chasse résolvent les problèmes. Les protéines sur lesquelles son père a-t-il effectué des recherches pourraient-elles également être utilisées pour résoudre des énigmes?
Pour tester la question, ils devaient d'abord la traduire en une forme à laquelle les protéines pouvaient réagir. Les chercheurs ont donc choisi un problème mathématique, l'ont tracé sous forme de graphique, puis l'ont converti en une sorte de labyrinthe microscopique, qui a été gravé sur une puce de silice d'un pouce carré. «Ensuite, vous laissez les agents explorer ce réseau - le plus rapide, le plus petit, le meilleur - et voir où ils se dirigent», explique Nicolau Sr. Dans ce cas, les agents étaient des filaments de protéines cytosquelettiques provenant de muscles de lapin (et certains cultivés en laboratoire), et ils ont "exploré" les différentes solutions du labyrinthe, comme une foule à la recherche de solutions de sortie. Pendant ce temps, les protéines sinueuses ont tiré leur énergie de la décomposition de l'ATP, la molécule qui libère de l'énergie qui alimente les cellules, et les «réponses» sont apparues en observant où les protéines se sont échappées, puis en revenant sur leurs pas.
Ce bio-ordinateur expérimental ne peut pas surpasser une machine électronique et est conçu pour résoudre un seul problème. Les chercheurs pensent toutefois que le concept peut être étendu un jour pour relever les défis qui confondent actuellement les ordinateurs classiques, en utilisant «des milliers de fois moins d'énergie par calcul», déclare Nicolau Jr. La cryptographie, la conception de médicaments et les circuits compliquent énormément pour un processeur parallèle naturel. Et comme le dit Nicolau Jr., "La vie fait les choses plus efficacement."
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Cette histoire est une sélection du numéro de mai du magazine Smithsonian
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