Các vi khuẩn được nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) thiết kế để hoạt động như những linh kiện trong một mạch sinh học, mở ra khả năng đưa năng lực "tính toán" vào cây trồng và nhiều hệ thống sống khác.

Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Nature Chemical Biology. Nhóm do nhà nghiên cứu Hamid Doosthosseini dẫn đầu sử dụng vi khuẩn Pantoea agglomerans, loài thường sống trên nhiều bề mặt, trong đó có thực vật.

Ý tưởng của nhóm khá khác với máy tính thông thường. Trong một mạch điện tử, transistor (bóng bán dẫn) đóng vai trò công tắc bật hoặc tắt dòng điện. Còn trong "bo mạch sống" của MIT, các cụm vi khuẩn đóng vai trò tương tự những công tắc, nhưng thứ chúng kiểm soát là dòng chảy của các phân tử tín hiệu.

Nhóm tạo ra hai loại vi khuẩn đóng vai trò "công tắc" và ba loại khác làm nhiệm vụ chuyển tiếp tín hiệu. Tổng cộng chỉ với 5 chủng vi khuẩn, các nhà khoa học có thể ghép chúng thành nhiều cấu hình mạch khác nhau.

Các cụm vi khuẩn được in lên bề mặt thạch agar trong đĩa Petri, mỗi cụm cách cụm gần nhất khoảng 5mm. Khoảng cách này giúp phân tử tín hiệu chỉ truyền tới "hàng xóm" gần nhất, rồi tiếp tục được chuyển tiếp qua các cụm khác. 

Nhờ vậy, thông tin có thể chạy qua toàn bộ hệ thống theo một hướng được định trước, gần giống cách tín hiệu đi qua bo mạch điện tử.

Nhóm không phải chỉnh sửa gene của vi khuẩn lại từ đầu mỗi khi muốn tạo một phép tính mới. Chỉ cần thay đổi cách sắp xếp các cụm vi khuẩn, họ đã có thể xây dựng nhiều mạch logic khác nhau.

Trong thử nghiệm, các "bo mạch sống" thực hiện được những phép logic cơ bản như OR, IMPLY, đồng thời tạo được các bộ cộng và mạch chuyển tín hiệu tới những đầu ra khác nhau. Mạch lớn nhất gồm 24 cụm vi khuẩn, được nối với nhau để thực hiện phép cộng hai đầu vào.

Tất nhiên, chúng còn rất xa tốc độ của máy tính hiện đại. Một phép tính của hệ thống vi khuẩn mất khoảng 8 giờ để hoàn thành.

Giáo sư Christopher Voigt - trưởng khoa kỹ thuật sinh học MIT và tác giả cấp cao của nghiên cứu - cho biết mục tiêu không phải biến vi khuẩn thành đối thủ của chip silicon. Thay vào đó, nhóm muốn đưa khả năng xử lý thông tin trực tiếp vào những hệ thống sinh học, nơi tốc độ vài giờ vẫn có thể hoàn toàn chấp nhận được.

Một ứng dụng được nhóm hình dung là đưa những "bo mạch sống" này lên lá hoặc rễ cây. Các vi khuẩn có thể cùng lúc cảm nhận nhiều tín hiệu như hạn hán hay sâu bệnh, xử lý chúng rồi kích hoạt phản ứng thích hợp, chẳng hạn sản xuất một chất chống nấm.

Nếu phát triển thành công, những cụm vi khuẩn nhỏ bé trong tương lai có thể làm nhiều hơn việc sống trên bề mặt cây như có thể cảm nhận môi trường, "tính toán" điều đang xảy ra rồi tự quyết định cách phản ứng.

AI Trung Quốc có thể nhìn vào não để dự báo trầm cảm 4 năm trước khi phát bệnh

Các nhà khoa học tại Đại học Thâm Quyến phát triển mô hình AI dựa trên hoạt động não người và phản ứng trước biểu cảm khuôn mặt để dự báo nguy cơ mắc trầm cảm.