ABE, il software che risolve i problemi logici

abe

Un computer che, prendendo grezzi dati sperimentali, riesce a risolvere da zero un complesso problema di modellazione biologica. La ricerca, unica nel suo genere e pubblicata online su Physical Biology, è il frutto di una collaborazione tra John P. Wikswo, professore di fisica dello stato vivente alla Vanderbilt University, Michael Schmidt e Hod Lipson della Cornell University, e Jerry Jenkins e Ravishankar Vallabhajosyulaa della CFD Research di Huntsville (Alabama).

Il sistema, Automated Biologia Explorer (ABE), si fonda su “Eureqa”, una parte di un software sviluppato alla Cornell uscito nel 2009. Inizialmente Eureqa fu creato per progettare dei robot senza dover ricorrer i classici procedimenti e stadi di errore - che sono lenti e costosi - ma in un secondo momento gli ingegneri hanno capito che si sarebbe potuto applicare il metodo anche per risolvere problemi scientifici. Uno dei primi risultati ottenuti da Eureqa è stato l’aver identificato le leggi fondamentali del moto analizzando il moto di un pendolo doppio: ciò che Isaac Newton impiegò anni a scoprire, il software Eureqa lo ha fatto in poche ore.

Wikswo e Lipson hanno iniziato a collaborare per adattare Eureqa ad analizzare i problemi biologici. “La biologia è l'area in cui il divario tra la teoria e i dati sta crescendo più rapidamente, ed è quindi il settore che più necessita dell’automazione”, ha detto Lipson. Il sistema biologico utilizzato dai ricercatori per testare ABE è la glicolisi, il processo che produce energia in una cellula vivente.

Gli studiosi si sono concentrati soprattutto sul modo in cui le cellule del lievito controllano le fluttuazioni nei composti chimici prodotti dal processo, ed hanno eseguito un test virtuale del software con questo sistema delle oscillazioni glicolitiche in quanto uno dei metodi di controllo biologico più studiati. Jenkins e Vallabhajosyula hanno utilizzato uno dei modelli matematici del processo per creare un insieme di dati corrispondenti alle misurazioni che avrebbe effettuato uno scienziato.

Per aumentare il realismo del test, i ricercatori hanno inserito una casualità di errore del 10%. Una volta immessi i dati i Eureqa, è risultata una serie di equazioni quasi identiche a quelle conosciute. “La cosa davvero sorprendente - ha spiegato Vallabhajosyula - è che ABE ha prodotto queste equazioni a priori, perché l'unica cosa che conosceva in anticipo erano le quattro operazioni aritmetiche: addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione”.

Antonino Neri

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