Es de conocimiento común que lo perfecto es enemigo de lo bueno, pero en el mundo a nanoescala, la perfección puede actuar como enemiga de lo mejor.

En el mundo del trabajo diario Los ingenieros y científicos hacen todo lo posible para que los dispositivos que utilizamos sean lo más perfectos posible. Cuando encendemos un interruptor de luz o giramos la llave del auto, esperamos que las luces se enciendan y que el motor arranque cada vez, con raras excepciones. Lo han hecho mediante el uso de un proceso de diseño de arriba hacia abajo combinado con la aplicación de grandes cantidades de energía para aumentar la confiabilidad al suprimir la variabilidad natural.

Sin embargo, este enfoque de fuerza bruta no funcionará en el mundo a nanoescala que los científicos están comenzando a investigar en la búsqueda de nuevos dispositivos eléctricos y mecánicos. Esto se debe a que los objetos a esta escala se comportan de una manera fundamentalmente diferente a los objetos de mayor escala, argumenta Peter Cummings, John R. Hall Profesor de Ingeniería Química en la Universidad de Vanderbilt, y Michael Simpson, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Tennessee, Knoxville, en un artículo de la edición de abril de la ACS Nano diario.

La diferencia que define el comportamiento de los objetos a gran escala y a nanoescala es el papel que juega el "ruido". Para los científicos, el ruido no se limita a sonidos desagradables; es cualquier tipo de perturbación aleatoria. A nivel de átomos y moléculas, el ruido puede tomar la forma de movimiento aleatorio, que domina hasta tal punto que es extremadamente difícil fabricar dispositivos fiables.

Naturaleza, sin embargo, ha logrado averiguar cómo poner en práctica estas fluctuaciones, permitiendo que los organismos vivos funcionen de manera confiable y mucho más eficiente que los dispositivos artificiales comparables. Lo ha hecho explotando el comportamiento contrario que permite el comportamiento aleatorio.

"La inversión contraria es una estrategia para ganar en el mercado de valores, "Cummings dijo, "pero también puede ser una característica fundamental de todos los procesos naturales y es la clave de muchos fenómenos diversos, incluida la capacidad del virus de la inmunodeficiencia humana para resistir los medicamentos modernos ".

En su papel Cummings y Simpson sostienen que en cualquier población dada, Las fluctuaciones aleatorias - el "ruido" - hacen que una pequeña minoría actúe de manera contraria a la mayoría y pueden ayudar al grupo a responder a las condiciones cambiantes. De esta manera menos perfección puede ser bueno para el conjunto.

Imitando células

En el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, donde trabajan los dos investigadores, están explorando este principio básico a través de una combinación de creación de simulaciones virtuales y construcción de imitaciones de células físicas, sistemas sintéticos construidos a escala biológica que exhiben algunas características similares a las de las células.

"En lugar de intentar tomar decisiones perfectas basadas en información imperfecta, la celda juega con las probabilidades con un giro importante:cubre sus apuestas. Seguro, la mayoría de las celdas realizarán apuestas sobre el posible ganador, pero unos pocos pondrán su dinero en una apuesta arriesgada, "Simpson dijo." Esa es la lección de la naturaleza, donde una humilde célula bacteriana supera a nuestros mejores chips de computadora por un factor de 100 millones, y lo hace en parte siendo menos que perfecto ".

Seguir el ejemplo de la naturaleza significa comprender el papel del azar. Por ejemplo, en el virus del SIDA, la mayoría de las células infectadas se ven obligadas a producir nuevos virus que infectan a otras células. Pero algunas de las células infectadas cambian el virus a un estado inactivo que escapa a la detección.

"Como bombas de relojería, estas infecciones latentes pueden volverse activas en algún momento posterior, y son estos eventos contrarios los que son el principal factor que impide la erradicación del SIDA, Simpson dijo.

"Nuestra tecnología ha luchado contra esta posibilidad utilizando un enfoque de fuerza bruta que consume mucha energía, ", Dijo Cummings. Como resultado, Uno de los factores que limita la construcción de computadoras más potentes es la cantidad de energía que destruyen la red que requieren.

Sin embargo, residiendo encima de los gabinetes de estas supercomputadoras, disfrutando del calor generado en la lucha por suprimir el elemento del azar, las humildes bacterias nos muestran otro camino.