De nos jours, nous sommes tellement habitués à nos calculatrices numériques que nous oublions que nous pouvons aussi calculer d’autres manières. Inspiré par les processus des cellules vivantes, un chimiste a étudié Albert Wong de l’Université de Twente si nous pouvons adapter un système de molécules de manière à ce que vous puissiez effectuer des tâches mathématiques avec lui.
Pourquoi vouliez-vous calculer des molécules ?
«Ces dernières années, de nombreux scientifiques ont tenté d’imiter le cerveau. Mais lorsque nous y parvenons avec l’aide des ordinateurs d’aujourd’hui, cela demande beaucoup plus d’énergie que lorsque des cellules cérébrales vivantes accomplissent une tâche. Cela est logique, car la base de nos ordinateurs actuels est très différente de celle des cellules vivantes. Nous espérons pouvoir imiter le cerveau avec notre système.
Pouvez-vous même imiter des cellules cérébrales avec un ordinateur ?
« Cela dépend de ce que vous considérez comme un ordinateur. Quand Alan Turing a eu l’idée d’un ordinateur, il ne cherchait pas tant le système avec lequel vous informatique peut faire, effectuer des calculs, mais surtout avec la question de savoir ce qui, en théorie et dans la nature, garantit que les calculs sont effectués.
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Une cellule vivante est constituée de nombreuses molécules différentes qui forment ensemble un système. Un tel système est également appelé réseau de réaction chimique. Les réseaux de réactions chimiques peuvent faire toutes sortes de choses. Ils peuvent se maintenir en vie, s’adapter et faire des mathématiques.
Parce que ces réseaux communiquent tous entre eux, et cela nécessite des calculs. Nous savons que ces réglementations sont de nature différente de celles des ordinateurs numériques, mais nous ne comprenons pas encore exactement à quoi ressemblent ces règles. Dans nos recherches, nous avons recherché un élément de base avec lequel nous pourrions calculer nous-mêmes un tel réseau de réactions chimiques.»
Avez-vous trouvé cet élément de base ?
‘Oui. La base en est une réaction autocatalytique. C’est une réaction qui s’accélère. Pour pouvoir calculer cela, vous devez contrôler la façon dont cette réaction s’accélère. Dans nos recherches, nous avons utilisé trois types d’ions métalliques, ce qui nous a permis de déterminer quand la réaction s’accélérait, ralentissait et parfois s’arrêtait. Nous avons ainsi trouvé une base pour effectuer des opérations mathématiques.
Comment as-tu fait ça ?
«Nous avons travaillé sur une puce en polydiméthylsiloxane, un type de plastique. A cela nous avons ajouté des molécules dissoutes dans un liquide. En fournissant constamment des molécules et en éliminant les produits résiduels, nous empêchons le réseau réactionnel d’atteindre un équilibre dans lequel plus aucune réaction n’a lieu. Comparez-le avec nos cellules : nous avons constamment besoin de nutriments et il y a toujours des déchets qui quittent notre corps. Dans un équilibre stagnant, nos cellules ne remplissent pas leurs fonctions. Cela fonctionne également de cette façon en chimie. Nous pouvons déterminer très précisément la quantité d’une substance que nous ajoutons et ainsi programmer nos réseaux de réactions chimiques.»
Que peut-on calculer avec une telle puce ?
« Nos recherches ont montré qu’il est possible de programmer des équations linéaires et quadratiques avec notre système. Vous pouvez également exécuter des fonctions logiques. Ce sont les opérations de base effectuées par les ordinateurs numériques. La différence est que ces fonctions dans notre réseau n’existent que temporairement. Tout comme dans la nature, il n’y a pas de véritable stockage. Nous activons une telle fonction lorsqu’elle est nécessaire. Tout cela rend notre approche plus durable que celle des ordinateurs numériques.
Albert Wong est professeur agrégé au sein du département de molécules et matériaux de l’Université de Twente. Il a publié avec une équipe de chercheurs Communications naturelles sur la programmabilité des réseaux de réactions chimiques.
Image : Sanne Vaarhorst
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