Un vistazo al futuro: tu ordenador será biológico y sus circuitos funcionarán gracias al moho

Una célula puede ser una buena candidata para sustituir a los elementos habituales que forman los circuitos de nuestro ordenador. Aunque todo es muy inicial, parece que la cosa está en camino.

No es una célula cualquiera, sino una de tal tamaño que el ojo humano la puede apreciar a simple vista, suele encontrarse en el lodo y es conocida como ‘Physarum polycephalum’ o moho del fango. Tal y como se detalla en la investigación ('Slime mold microfluidic logical gates'), es capaz de generar redes de tubos (hechos con su propia materia) interconectados entre sí y capaces de procesar información.

Adamatzky explica a HojaDeRouter.com que lleva cultivando y analizando el moho de fango desde 2006, en su “necesidad de encontrar un elemento natural que funcionara mediante reacción-difusión”. Es decir, un elemento capaz de expandirse por el espacio y de generar cambios al contacto con otras sustancias (para asemejarse a la corriente eléctrica que circula por un circuito de los actuales).

“En seguida me di cuenta de que el moho se comportaba casi exactamente como un medio químico de reacción-difusión, que podía desarrollarse y crecer, y que era capaz de implementar una amplia gama de procedimientos de cálculo con sus transformaciones químicas”, comenta.

¿Qué sucede con el moho?

El comportamiento del moho de fango está determinado por estímulos externos (como la humedad, la temperatura, el uso de atrayentes y repelentes, gradientes químicos o la iluminación), y por impulsos que se generan en su interior.

Adamatzky y Shubert utilizaron copos de avena como principal nutriente para el Physarum. La operación es sencilla: si colocas el moho de fango sobre un nutriente, y después esparces otros nutrientes o bacterias en zonas próximas, el Physarum comenzará a generar tubos para conectarse con todos los nutrientes y tenerlos controlados.

Además, la propia célula tiene un determinado potencial eléctrico (por las reacciones que se producen en su interior), y un conjunto de ondas recorren el interior de los tubos del moho. Esto hace posible que se puedan transportar los citados nutrientes.

¿Ves ya la analogía entre los componentes de un circuito y estos tubos que conectan células y transportan energía? ¿No del todo? Pues sigamos.

¿Cómo funciona el moho en los circuitos de un ordenador?

Los circuitos habituales de los ordenadores están compuestos por silicio sólido, y en ellos predominan elementos como resistencias, condensadores, interruptores, semiconductores o memristores. El circuito que proponen estos investigadores – que han denominado “máquina Physarum” - sigue utilizando los mismos elementos, pero sustituye sus chips y unidades de memoria por el moho de fango y los tubos de nutrientes que genera.

¿Cómo es esto posible? En sus investigaciones, los expertos demostraron que los tubos de moho son capaces de absorber y transportar tintes de color (puede, por ejemplo, absorber el color de la avena) según van creciendo y alimentándose de nutrientes. Es por eso que utilizaron el color del tinte para entender visualmente cómo se iba a comportar el moho cuando transportara nutrientes y otros elementos por dentro de sus tubos.

Su experimento fue el siguiente: crearon una red con el moho (que colocaron a su gusto) y, después, agregaron nanopartículas magnéticas al tinte, con la intención de que pudieran circular y transportar información a través de él.

Como el interior de esos tubos se mueve gracias a impulsos eléctricos, ondas y todo un conjunto de reacciones, la red del moho de fango se acababa comportando como un chip - en este caso biológico -, capaz de interactuar y trabajar con los demás elementos del circuito. Es más, es posible intervenir (de forma artificial) sobre la red de moho con estímulos eléctricos para regular, modificar e influir en estos flujos.

Pero no solo eso, sino que, además, según los investigadores, el moho de fango también puede sustituir a los elementos del ordenador que habitualmente realizan las operaciones con ceros y unos. ¿En qué se basan para asegurar esto? Adamatzky y Schubert fueron capaces de operar con el ordenador teniendo en cuenta que esta célula atrae a algunos elementos (como los nutrientes), y repele a otros (como los cristales de cloruro de sodio).

Y es que, en los extremos de cada tubo de moho de fango se genera corriente eléctrica (por reacciones del propio moho), y cada uno de ellos tiene una carga (positiva o negativa) que hace circular los nutrientes (lo que lo asemeja a un conductor normal, pero, esta vez, vivo).

Como todos sabemos, el ordenador funciona con electricidad. Eso es una obviedad. Pero la corriente eléctrica por si sola no sirve para hacer cuentas o procesar información. Por eso los ordenadores hablan el lenguaje de los unos y los ceros (binario). Simplificando, en función de la intensidad de la corriente, los componentes entienden que se está transmitiendo un 1 o un 0.

En el caso del moho sucede lo mismo. Estos circuitos biológicos, por tanto, pueden realizar operaciones lógicas muy similares a las que realiza uno electrónico. Por ejemplo, tocando el moho con un simple pelo los investigadores lograron invertir la dirección de la corriente (algo así como una operación de negación).

Según ellos, si la red de moho se reprodujera a gran escala, podría resolver – gracias a una interacción compleja con los ceros y los unos y con el resto de elementos del circuito - geometría computacional (algoritmos biológicos, cálculos de diagramas). También podría procesar imágenes, calcular obstáculos en el recorrido del propio moho o desarrollar nuevos componentes (como resistencias de moho, sensores de color de moho, nuevos memristores de moho...).

Futuro biotecnológico

Los investigadores tienen la intención de que los futuros diseños de circuitos de ordenador sean posibles gracias a redes biológicas que funcionen como un esqueleto que procese la información de esos circuitos. También, que puedan controlarse mediante procesos bioquímicos de células y tejidos. “Nuestro proyecto se traducirá en métodos robustos y fiables para el desarrollo controlado de los componentes y de sistemas de 'hardware' nuevos”.

Pero para eso serán necesarios muchos avances en la propia investigación. Adamatzky explica que la “máquina Physarum” puede ser “producida en masa y de forma barata, sin incurrir en gastos adicionales”. E, incluso, podrían generarse unidades híbridas que combinen sustratos biológicos con 'hardware' convencional. Sin embargo, aún hay muchas lagunas en torno al estudio.

Por un lado, el mecanismo generado por el Physarum aún es muy lento (mucho más que el utilizado actualmente). “En términos reales todavía no puede competir con los circuitos actuales”, explica Adamatzky. Pero todo es cuestión de avance y adaptación, “Physarum es capaz de recuperarse de forma relativamente rápida después de sufrir daños, y también puede adaptarse a sistemas híbridos”, explica el investigador.

En este último caso, solo es necesario recubrir el moho de fango con fundas especiales para proteger los dispositivos electrónicos de la humedad.

Camino por recorrer

De momento, “los resultados no son del todo fiables por temas de variaciones de temperatura o luminosidad, ya que las operaciones lógicas no siempre dan el mismo resultado en procesos similares”. El investigador confiesa que el moho de fango y las sustancias que genera no son del todo estables, “aunque lo hecho hasta ahora es un gran paso”.

Según Adamatzky, las redes Physarum podrían convertirse en la piedra angular de los nuevos circuitos analógicos, que calculan usando una arquitectura muy similar a la del cerebro.

Si de aquí a un futuro lejano – o no tanto - los ordenadores construidos a base de moho, células y bacterias se convertirán en el pan nuestro de cada día, aún no lo podemos decir. Lo que sí parece claro es que se abre un camino dirigido hacia una nueva – y biológica - forma de entender la informática, aunque de momento la investigación en este ámbito tenga muchos frentes abiertos.