Schema einer ‘Verteilungskreuzung’. Protein-Filamente (rot), angetrieben von Molekularmotoren (grün), treffen an einer ‚Verteilungskreuzung’ ein, wo sie eine Rechenoperation ausführen (Drei addieren oder Null addieren). Abb.: TUD
TU Dresden: ist erster erfolgreicher Ansatz, um Matherätsel wirklich parallel zu berechnen
Dresden, 25. Februar 2016. Komplizierte Navigations-Aufgaben, Schaltkreis-Entwürfe und Designer-Proteine könnten künftig von einer neuartigen von biomolekularen Parallelrechnern gelöst werden. Das schlagen Forscher Technischen Universität Dresden und des Max-Planck-Institutes für Molekulare Zellbiologie und Genetik Dresden vor, die dieses Verfahren inzwischen auch schon praktisch getestet haben. Sie haben ihre parallele Rechenmethode und die zugrunde liegende Bio-Molekulartechnologie nun in der Publikation“Proceedings of the National Academy of Sciences“ vorgestellt.
Im Fokus stehen dabei nicht klassische Rechenaufgaben, die von heutigen Silizium-basierten Computern gut und schnell erledigt werden können, sondern vor allem Optimierungsaufgaben, in denen viele verschiedene Lösungsvarianten berechnet und verglichen werden. Dafür verwendeten die Dresdner Elektronik- und Biotech-Forscher einen innovativen Ansatz: Sie erzeugten mit Belichtungsgeräten (Lithografie), wie sie in Chipwerken verwendet werden, ein Netzwerk aus winzig kleinen Bahnen und Kreuzungen auf einem Versuchsträger. Durch diese Nanokanäle ließen sie dann Protein-Mikroröhrchen gleiten, die von Motorproteinen wie „Myosin“ und „Kinesin“ angetrieben wurden. „Der Aufbau der Kreuzungen zwischen den Kanälen des Netzwerkes bewirkt, dass die Proteinfilamente alle möglichen Lösungen des Problems finden“, teilten die Wissenschaftler mit. Die winzigen Proteinröhrchen testeten gewissermaßen jeden möglichen Lösungsweg für die gestellte Optimierungsaufgabe parallel zueinander aus, bis sie die beste Variante identifiziert hatten. Weiterer Vorteil neben der Zeitersparnis gegenüber heutigen Computern: Diese neuartigen Parallelrechner verpulvern kaum Energie als überflüssige Abwärme.
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