Výzkum Violy Tokárové a Ondřeje Kašpara na titulní stránce časopisu

Ilustrace doprovázející nejnovější publikaci, ve které byli spoluautoři Viola Tokárová a Ondřej Kašpar z Ústavu chemického inženýrství, byla redakcí časopisu Microsystems & Nanoengineering vybrána jako cover art za měsíc říjen. Po dobu dvou týdnů bude tento článek reprezentovat prestižní vědecký časopis přímo na jeho hlavním webu www.nature.com/micronano.

Práce s názvem Amplification of computational power by the multiplication of bacteria exploring microfluidic networks encoding mathematical problems vznikla dlouholetou spoluprací McGill University (Kanada), King’s College London (Velká Británie), Queensland University of Technology (Austrálie), Kavli Institute of Nanoscience Delft (Nizozemsko), Molecular Sense Ltd. (Velká Británie) a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.

O čem článek je?

1. Proč se snažit, když máme počítače?

Existují matematické úkoly, které jsou pro běžné počítače noční můrou. Klasický počítač zkouší možnosti jednu po druhé (sekvenčně). U extrémně složitých problémů roste počet možností tak rychle, že by jejich vyřešení trvalo i nejlepším superpočítačům (možná i slavné Hlubině myšlení ze Stopařova průvodce Galaxií) desítky let a spotřebovaly by obrovské množství energie.

2. Matematická úloha jako bludiště

Místo kódu se zde využívá miniaturní fyzické bludiště - mikrofluidní síť. Tvar tohoto bludiště je navržen tak, aby jeho chodbičky a křižovatky přesně odpovídaly konkrétnímu složitému matematickému problému a zároveň využívaly přirozený pohyb a chování bakterií, které tuto strukturu prozkoumávají.

3. Síla v počtu

Bakterie, které se vypustí jedna po druhé do bludiště, jsou vlastně obdobou bootování počítače, které je nejpomalejším dějem. Naštěstí se bakterie v samotné mikrofluidní síti mají dobře, exponenciálně se množí a dramaticky tak zvyšují rychlost výpočtu. Díky tomu mohou prozkoumávat miliony možností paralelně. Ty bakterie, které se nakonec úspěšně dostanou k cíli bludiště, nám ukazují správné řešení onoho složitého matematického problému, zakódovaného do spleti mikroskopických křižovatek a cestiček.

Pokud Vás zajímá myšlenka využití bakterií místo klasických elektronických čipů k řešení složitých matematických problémů, podívejte se na web skupiny Biomimetického inženýrství nebo kontaktujte Violu Tokárovou nebo Ondřeje Kašpara.