8 März 2016

Wissenschaftlicher Durchbruch: Der erste biologische Supercomputer funktioniert

Forschende des EU-finanzierten Projekts ABACUS haben ein Modell eines biologischen Superrechners geschaffen, das sowohl nachhaltig als auch höchst energieeffizient ist

Das Modell eines biologischen Supercomputers wird durch Adenosintriphosphat (ATP) angetrieben, jener Substanz, die alle Zellen im menschlichen Körper mit Energie versorgt. In dem Modell können Informationen auf die gleiche Art, wie elektronische Supercomputer Daten verarbeiten, extrem schnell und präzise unter Nutzung paralleler Netzwerke bearbeitet werden.

Der vom Projektteam entwickelte Bio-Supercomputer ist jedoch viel kleiner und energetisch günstiger als die gegenwärtige Generation der elektronischen Superrechner. Er hat tatsächlich nur die Größe eines übliches Buches.

Man baute den Modell-Bio-Supercomputer mit Hilfe einer Kombination aus geometrischer Modellierung und technischem Expertenwissen im Nanobereich. Zudem handelt es sich hierbei um einen ersten Schritt, um zu beweisen, dass ein biologischer Supercomputer tatsächlich in der Praxis funktionieren könnte.

Klein, tragbar und energieeffizient

Die von den Forschern geschaffene Schaltung ist rund 1,5 Zentimeter im Quadrat klein und wird anstelle von Elektronen, wie es beim traditionellen Mikrochip der Fall ist, durch eine elektrische Ladung, d.h. kurze Proteinketten (vom Projektteam als „biologische Agenzien“ bezeichnet), angetrieben, die sich auf kontrollierte Weise in der Schaltung bewegen. Antriebsquelle dieser Bewegungen ist ATP, ein biochemischer Energieträger, der die interne Energieübertragung zwischen den Zellen erst ermöglicht.

Traditionelle Supercomputer brauchen enorm viel Strom und erzeugen somit Wärme bis hin zu derart hohen Temperaturen, dass sie physikalisch gekühlt werden müssen, um effektiv funktionieren zu können. Dafür benötigen viele Superrechner oftmals ihr eigenes, speziell dafür vorgesehenes Kraftwerk.

Im Gegensatz dazu heizt sich der von biologischen Agenzien angetriebene Bio-Supercomputer kaum auf und ist folglich weitaus nachhaltiger und kostengünstiger. Da die Technologie in den kommenden Jahren weiterentwickelt wird und mögliche Routen zu einer größer angelegten Kommerzialisierung in Betracht gezogen werden, könnte das zu einem wichtigen Verkaufsargument werden.

Antworten auf große gesellschaftliche Fragen berechnen

Auch wenn das biologische Superrechnermodell ein komplexes mathematisches Problem unter Anwendung des parallelen Rechnens wie bei traditionellen Supercomputern mit Erfolg und effizient lösen konnte, weiß das Projektteam, dass noch ein langer Weg vom Modell bis zur Entwicklung eines voll funktionsfähigen biologischen Supercomputers zu gehen ist.

Man hofft, dass ein eventueller Übergang zu biologischen Superrechnern Lösungen für die immer drängenderen Probleme mit den traditionellen Supercomputern bieten wird, die zunehmend nicht in der Lage sind, schnelle Antworten auf einige der dringendsten Fragen der Gesellschaft wie etwa die Entwicklung neuer Medikamente und die Absicherung der beabsichtigten Funktionen technischer Systeme zu berechnen. Was diese Probleme betrifft, müssen Computer einfach alle möglichen Vermutungen durchgehen, um die richtige Antwort zu finden. Letztlich bedeutet das, dass auch dann, wenn die Problemgröße nur wenig ansteigt, der Computer sie nicht mehr schnell genug lösen kann, um nützlich zu sein.

Nächste Schritte: Aus Science Fiction wird Wissenschaft

Das Projektteam hat bereits damit begonnen, andere Wege zu erkunden, wie seine Forschung noch weiter vorangebracht werden kann. Man hofft, dass auch andere Wissenschaftler dazu ermutigt werden, neue Modelle unter Einsatz alternativer biologischer Materialien zu konstruieren.

Fernziel wäre die Perfektionierung des Entwurfs für eine neue Generation kleinerer, noch besser transportierbarer und energieeffizienter Bio-Superrechner, die den traditionellen Supercomputer vollständig ersetzen können.

Obgleich das Forscherteam davon ausgeht, dass es bis zur Umsetzung dieses Ziels in die Realität noch einige Zeit dauern wird, könnte eine mögliche mittelfristige Lösung die Erstellung eines Hybrid-Designs sein, bei dem traditionelle und biologische Technologien vermischt werden.

Das ABACUS-Projekt, das mehr als 1.725-000 EUR an EU-Finanzierung erhielt, wird von der Universität Lund in Schweden koordiniert, wobei die Forschungsarbeiten, die zur Realisierung des Modells hinführten, jedoch von einem Team der McGill University Montreal, Kanada – einem der Mitglieder des ABACUS-Konsortiums – angeführt wurden.

Weitere Informationen finden Sie auf der

ABACUS-Projektwebsite

Source: CORDIS news, press release, 2016-03-02.

Supplier

Share on Twitter+1Share on FacebookShare on XingShare on LinkedInShare via email