Біокомп’ютер на бактеріях розв’язує складні задачі з меншими ресурсами

05 листопада 2026 р. 14:23

05 листопада 2026 р. 14:23

Міжнародна команда дослідників під керівництвом науковців з Університету Макгілла створила біокомп’ютер, який використовує живі бактерії для виконання обчислень. Як пояснює матеріал Interesting Engineering , головна перевага цієї системи в тому, що бактерії можуть одночасно досліджувати багато можливих рішень. Завдяки цьому для розв’язання дуже складних задач може знадобитися менше пам’яті та обчислювальних ресурсів, ніж у звичайних комп’ютерів.

Коли ми говоримо про комп’ютери, зазвичай уявляємо електронні чипи, процесори та схеми. Нова розробка пропонує інший підхід: замість традиційного «заліза» роль обчислювальних елементів виконують живі бактерії. На думку вчених, така система здатна впоратися з певними задачами, які є особливо складними для класичних електронних машин.

Як бактеріальний біокомп’ютер розв’язує задачі

Традиційні комп’ютери зазвичай працюють послідовно: перевіряють один можливий варіант розв’язання задачі, потім переходять до наступного, доки не знайдуть правильний. Чим складніша задача, тим більше часу й обчислювальної потужності потрібно.

Біокомп’ютер на основі бактерій працює інакше. Замість поетапної перевірки він може досліджувати кілька варіантів одночасно. Для цього науковці спершу перетворюють математичну задачу на мережу шляхів. Потім вони створюють мікроскопічні взаємопов’язані канали — так звані мікрофлюїдні канали. Кожен шлях у такій мережі відповідає одному з можливих рішень.

Бактерії рухаються цими каналами, обираючи різні маршрути й фактично «тестуючи» багато варіантів паралельно. У вузлах мережі розташовані спеціальні розгалуження, які виконують роль точок прийняття рішень і спрямовують бактерії далі по системі.

Природне зростання бактерій як джерело потужності

Одна з найцікавіших рис цієї технології — те, що зростання бактеріальної популяції природним чином збільшує обчислювальну потужність. Бактерії дуже швидко розмножуються, тож кількість «біологічних процесорів» з часом зростає. Коли з’являються нові клітини, до процесу можуть підключатися додаткові обчислювальні одиниці.

На відміну від традиційних комп’ютерів, де для підвищення продуктивності часто потрібні апгрейди обладнання, ця система використовує природну здатність бактерій до поділу. Водночас дослідникам потрібно контролювати зростання популяції, щоб воно не стало надмірним. Для цього вони регулюють температуру системи та інші умови середовища, керуючи швидкістю розмноження.

Рух бактерій у каналах відстежують за допомогою автоматизованих інструментів аналізу зображень. Так вчені визначають, якими шляхами пройшли бактерії та які маршрути відповідають правильному рішенню задачі.

Мільйони біологічних процесорів працюють разом

За словами дослідницької групи, головна сила підходу полягає в можливості одночасної роботи мільйонів біологічних процесорів. Окрема бактерія повільніша за електронний процесор, але велика їх кількість може паралельно досліджувати безліч варіантів. Це потенційно скорочує час, потрібний для розв’язання окремих складних задач.

Провідний автор роботи, професор біоінженерії Ден Ніколау (Dan Nicolau), порівнює це з сучасною електронікою: звичайний комп’ютер виконує мільйони операцій за секунду на одному чипі, тоді як поділ бактерій дає змогу мати умовно «мільйон чипів», що працюють одночасно. Навіть якщо кожен окремий «процесор» повільніший, велика їх кількість компенсує це за рахунок масового паралелізму.

Ніколау підкреслює, що експоненційний поділ бактерій може масштабуватися до розміру задачі. На його думку, це принципово новий спосіб організації обчислень.

Можливі застосування та роль поруч з іншими комп’ютерами

Науковці вважають, що бактеріальний біокомп’ютер може знайти застосування у сфері штучного інтелекту, криптографії та молекулярної біології. Зокрема, йдеться про задачі, де потрібно опрацювати величезну кількість можливих комбінацій, наприклад під час вивчення структури білків та інших складних молекулярних систем. Саме в таких областях навіть потужні електронні комп’ютери часто стикаються з обмеженнями.

За словами Ніколау, запропонований підхід особливо добре підходить для задач, до яких електронні комп’ютери спочатку не були пристосовані, наприклад для картування структури білків. Він зауважує, що штучний інтелект уже демонструє успіхи в цій сфері, але значною мірою спирається на аналіз наявних даних. Натомість біокомп’ютер пропонується як інструмент для безпосереднього розв’язання задач, а не лише для оцінки на основі минулого досвіду.

Дослідники наголошують, що бактеріальні комп’ютери не покликані замінити традиційні чи квантові системи. Вони мають доповнювати наявні технології та пропонувати альтернативний шлях до розв’язання особливо складних обчислювальних проблем.

Розробка стала результатом майже двадцятирічної міжнародної співпраці й демонструє зростаючий потенціал біологічних обчислень. Публікація роботи в журналі Microsystems & Nanoengineering підкреслює, що біокомп’ютери можуть посісти помітне місце в майбутньому технологій.

Технології