Realizar operaciones lógicas empleando células para ello no es algo nuevo pero, ahora, un grupo de investigadores del célebre MIT han conseguido que una modificación genética de la bacteria Pantoea agglomerans, que se encuentra habitualmente en las superficies de las plantas de forma natural, se comporte de manera similar a los transistores electrónicos, creando verdaderas placas de circuitos vivos. A diferencia de métodos anteriores que requerían rediseñar los microorganismos para cada nueva tarea que se les asignaba, el nuevo enfoque permite alterar el cálculo lógico sin modificar la estructura celular.
Para conseguir este desarrollo, el equipo de investigación empleó una máquina acústica de manipulación de líquidos que depositó gotas de hasta 2,5 nanolitros sobre placas de agar. Las colonias celulares, que emiten fluorescencia roja y verde bajo la luz, se situaron a unos cinco milímetros de distancia entre ellas, rodeadas por un borde de microorganismos inactivos que evitaba un crecimiento desigual en los extremos debido a una mayor disponibilidad de nutrientes.
El sistema utiliza cinco componentes básicos formados por dos tipos de transistores y tres variantes de retransmisión. Una de las cepas modificadas actúa de manera análoga a un componente de tipo N, permitiendo el paso de una señal química sólo cuando existe un segundo estímulo que funciona como interruptor. La otra variante emula a un modelo de tipo P, dejando fluir la información ininterrumpidamente a menos que dicho interruptor se active para bloquearla.
Intercalando una señal química intermedia y ajustando la separación física entre los elementos, los desarrolladores lograron dirigir la información hacia el componente vecino previsto en vez de bañar indiscriminadamente a todo el entorno, y modificando la disposición geométrica de estas cinco piezas fundamentales en la placa, pudieron configurar el conjunto para ejecutar distintas funciones sin tener instrucciones genéticas preestablecidas para una tarea concreta, comportándose como operaciones simples y reutilizables.
Mediante distintas configuraciones espaciales, los ingenieros que han desarrollado este sistema construyeron arquitecturas capaces de sumar números y desmultiplexar señales, logrando ensamblar un semisumador de dos cifras, así como un sumador completo compuesto por veinticuatro colonias que admite tres entradas de un bit y calcula el total y el acarreo de salida.
La velocidad de procesamiento todavía dista mucho de las frecuencias de reloj actuales de la informática tradicional y, así, el circuito más grande demostrado requirió unas ocho horas para completar cada operación matemática. A medida que el sistema opera, los organismos vivos consumen los nutrientes presentes, mientras que las moléculas portadoras de mensajes se acumulan y se difunden hacia áreas no deseadas de la placa. Este efecto físico y biológico provoca que las colonias terminen fusionándose entre ellas, lo que limita la operatividad de esta tecnología a un máximo de tres días, un comportamiento que los propios autores del estudio comparan con un dispositivo electrónico convencional que agota su propia fuente de alimentación no recargable.
Para mitigar este problema logístico en el futuro, los investigadores sugieren la introducción de enzimas capaces de destruir las moléculas antiguas, limpiando así el canal químico una vez que el mensaje ha sido utilizado.
En cuanto a sus aplicaciones reales, se descarta su uso para sustituir a los ordenadores convencionales, orientando el proyecto hacia el sector agrícola. Puesto que la especie bacteriana empleada coloniza la vegetación, las futuras versiones de estos circuitos podrían adherirse a raíces u hojas para evaluar diversas condiciones ambientales y reaccionar ante plagas o sequías, generando respuestas como la producción de un compuesto fungicida protector de manera automática.
