È risaputo che il perfetto è nemico del bene, ma nel mondo su scala nanometrica, la perfezione può essere nemica del meglio.

Nel mondo di tutti i giorni, ingegneri e scienziati fanno di tutto per rendere i dispositivi che utilizziamo il più perfetti possibile. Quando accendiamo un interruttore della luce o giriamo la chiave della macchina, ci aspettiamo che le luci si accendano e il motore si avvii ogni volta, con solo rare eccezioni. Lo hanno fatto utilizzando un processo di progettazione top-down combinato con l'applicazione di grandi quantità di energia per aumentare l'affidabilità sopprimendo la variabilità naturale.

Però, questo approccio a forza bruta non funzionerà nel mondo su scala nanometrica che gli scienziati stanno iniziando a sondare alla ricerca di nuovi dispositivi elettrici e meccanici. Questo perché gli oggetti di questa scala si comportano in modo fondamentalmente diverso rispetto agli oggetti di più grande scala, discutere Peter Cummings, John R. Hall Professore di Ingegneria Chimica alla Vanderbilt University, e Michael Simpson, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università del Tennessee, Knoxville, in un articolo nel numero di aprile del ACS Nano rivista.

La differenza distintiva tra i comportamenti di oggetti su larga scala e su nanoscala è il ruolo svolto dal "rumore". Per gli scienziati il ​​rumore non si limita a suoni sgradevoli; è un qualsiasi tipo di disturbo casuale. A livello di atomi e molecole, il rumore può assumere la forma di un movimento casuale, che domina a tal punto che è estremamente difficile realizzare dispositivi affidabili.

Natura, però, è riuscito a capire come far funzionare queste fluttuazioni, consentendo agli organismi viventi di operare in modo affidabile e molto più efficiente rispetto ai dispositivi artificiali comparabili. Lo ha fatto sfruttando il comportamento contrarian consentito dal comportamento casuale.

"L'investimento controrian è una strategia per vincere in borsa, "Cummings ha detto, "ma può anche essere una caratteristica fondamentale di tutti i processi naturali e contiene la chiave di molti fenomeni diversi, compresa la capacità del virus dell'immunodeficienza umana di resistere ai farmaci moderni".

Nella loro carta, Cummings e Simpson sostengono che in una data popolazione, fluttuazioni casuali - il "rumore" - fanno sì che una piccola minoranza agisca in modo contrario alla maggioranza e può aiutare il gruppo a rispondere alle mutevoli condizioni. In questo modo, meno perfezione può effettivamente essere un bene per il tutto.

Mimando le cellule

All'Oak Ridge National Laboratory, dove lavorano i due ricercatori, stanno esplorando questo principio di base attraverso una combinazione di creazione di simulazioni virtuali e costruzione di imitazioni cellulari fisiche, sistemi sintetici costruiti su scala biologica che presentano alcune caratteristiche simili a cellule.

"Invece di cercare di prendere decisioni perfette basate su informazioni imperfette, la cellula gioca le probabilità con una svolta importante:copre le sue scommesse. Sicuro, la maggior parte delle cellule scommetterà sul probabile vincitore, ma pochi importanti metteranno i loro soldi a lungo termine, " Simpson ha detto. "Questa è la lezione della natura, dove un'umile cellula batterica supera i nostri migliori chip per computer di un fattore di 100 milioni, e lo fa in parte essendo meno che perfetto."

Seguire l'esempio della natura significa comprendere il ruolo del caso. Per esempio, nel virus dell'AIDS, la maggior parte delle cellule infette è costretta a produrre nuovi virus che infettano altre cellule. Ma alcune delle cellule infette portano il virus in uno stato dormiente che sfugge al rilevamento.

"Come bombe ad orologeria, queste infezioni dormienti possono diventare attive qualche tempo dopo, e sono questi eventi contrarian che sono il principale fattore che impedisce l'eradicazione dell'AIDS, " ha detto Simpson.

"La nostra tecnologia ha combattuto contro questa possibilità utilizzando un approccio di forza bruta che consuma molta energia, " ha detto Cummings. Di conseguenza, uno dei fattori che limitano la costruzione di computer più potenti è la quantità di energia necessaria per distruggere la rete.

Eppure risiedendo in cima agli armadietti di questi supercomputer, crogiolarsi nel calore generato nella lotta per sopprimere l'elemento del caso, gli umili batteri ci mostrano un'altra strada.