--- title: "Bakterien statt Prozessoren: Kanadische Wissenschaftler entwickeln Biocomputer zur Lösung NP-vollständiger Probleme" description: "Forscher der McGill University haben einen Biocomputer auf Basis von E. coli- und V. natriegens-Bakterien entwickelt, der NP-vollständige Probleme durch parallele Bewegung und Vermehrung von Mikroorganismen in einem mikrofluidischen Netzwerk löst." date: 2026-11-04T02:08:48.319Z lang: de url: https://xab.info/de/posts/bakterien-biocomputer-mcgill-np-vollstaendig tags: [] author: "Alexander Buran" publisher: "XAB.info" --- # Bakterien statt Prozessoren: Kanadische Wissenschaftler entwickeln Biocomputer zur Lösung NP-vollständiger Probleme ![Mikrofluidischer Chip mit Bakterien unter dem Mikroskop für Biocomputing](https://xab.info/media/2026/11/04/bio-kompyuter-na-baze-bakteriy-mcgill/bio-kompyuter-na-baze-bakteriy-mcgill-1.webp) ## Kernpunkte - Es wurde ein experimenteller Biocomputer auf Basis von E. coli- und V. natriegens-Bakterien entwickelt. - Berechnungen erfolgen durch die parallele Bewegung und Vermehrung von Bakterien in einem mikrofluidischen Netzwerk. - Das System bewältigte erfolgreich das NP-vollständige Subset-Sum-Problem. - Die Erfindung ersetzt keine elektronischen oder Quanten-PCs, sondern ergänzt sie für spezifische komplexe Aufgaben. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Spezialisten der McGill University in Kanada hat einen experimentellen Biocomputer vorgestellt, bei dem Berechnungen nicht von Siliziumchips, sondern von beweglichen Bakterien durchgeführt werden, die selbstständig ein Netzwerk mikroskopischer Kanäle erkunden. Nach Vorstellungen der Autoren funktioniert die natürliche Vermehrung von Bakterien wie ein Prozess der Parallelisierung von Berechnungen: Bei der Lösung von Verschlüsselungsaufgaben, dem Training künstlicher Intelligenz und in anderen mathematisch komplexen Fällen erweisen sich Kolonien von Mikroorganismen als effizienter als Prozessoren mit astronomischen Taktraten. Die Arbeit wurde im Rahmen internationaler Zusammenarbeit veröffentlicht, wobei Bioingenieur-Professor Dan Nicolau als leitender Autor der Studie fungiert. ### Das Funktionsprinzip: Eine Million «Chips» statt einem Im Gegensatz zu herkömmlichen Prozessoren, die Lösungsansätze sequenziell durchgehen, nutzt die vorgeschlagene Plattform die parallele Bewegung zahlreicher biologischer Agenten. Das Netzwerk mikroskopischer Kanäle stellt einen riesigen Raum möglicher Routen dar, von denen jedoch nur wenige — oder gar nur eine — zur richtigen Antwort führen. Der Hauptvorteil des Systems liegt in der Fähigkeit der Bakterien, sich direkt während der Berechnungen zu vermehren, was die Anzahl gleichzeitig arbeitender «Rechenelemente» erhöht, ohne dass zusätzliche Agenten vorab in das System geladen werden müssen. „Moderne elektronische Computer führen Millionen von Operationen pro Sekunde mit einem einzigen Chip aus“, erklärt Dan Nicolau. „Wenn sich Bakterien teilen, haben wir eine Million Chips, die gleichzeitig arbeiten. Je mehr Chips, desto schneller kann ein Problem gelöst werden, selbst wenn die Anzahl der Operationen pro Sekunde auf jedem „Prozessor“ geringer ist.“ Seiner Meinung nach eröffnet die exponentielle Teilung von Bakterien „eine völlig neue Art des Rechnens“. ### Das Subset-Sum-Problem und mikrofluidische Architektur Als Testrechenaufgabe wählten die Wissenschaftler das NP-vollständige Subset-Sum-Problem: Es musste ermittelt werden, welche Zahlenkombinationen aus einer bestimmten Menge eine bestimmte Summe ergeben. Zur Lösung wurde ein mikrofluidisches Netzwerk aus Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt, das aus zahlreichen verbundenen Kanälen und speziellen Knotenpunkten besteht. Jede mögliche Route entsprach einer bestimmten Zahlenkombination, und die Verzweigungen sowie Zusammenführungen der Kanäle fungierten als Logikelemente, bei denen die Biologie selbst die Bakterien dazu zwang, einen Weg für die weitere Entwicklung der Kolonie zu „wählen“. Die Geometrie der Mikrokanäle und Knoten wurde so entworfen, dass die Bewegungsrichtung der Bakterien gesteuert und Fehler minimiert wurden. Zur Herstellung der Strukturen wurden Elektronenstrahllithografie und das Ätzen eines Siliziumsubstrats verwendet, wonach die erhaltene Form in Kunststoff reproduziert wurde. ### Zwei Bakterienarten — Zwei Verhaltensprofile In den Experimenten wurden zwei Stämme eingesetzt: Escherichia coli HCB437 und Vibrio natriegens. Beide Arten bewegten sich eigenständig durch das Netzwerk und wählten verschiedene Routen. Dabei erfüllte V. natriegens, das eine hohe Vermehrungsrate aufweist, die Erwartungen voll und ganz: Während sie sich durch die Kanäle bewegten, bildeten die Bakterien schnell neue Zellen, die weiterhin die verfügbaren Routen erkundeten, und die Anzahl der Rechenagenten nahm direkt im System zu. Beobachtungen an den Verzweigungsknoten zeigten Unterschiede im Verhalten der beiden Stämme: E. coli wählte die linke und rechte Richtung mit einer Wahrscheinlichkeit von 50,1 % bzw. 49,8 %, während bei V. natriegens eine ausgeprägte Tendenz zur linken Richtung zu beobachten war — 61,1 % gegenüber 38,3 %. Die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Passierens gerader Knoten betrug 1,3 % für E. coli und 0,3 % für V. natriegens. Die Verfolgung erfolgreicher Routen erfolgte mithilfe einer automatisierten Bildanalyse, die es den Forschern ermöglichte, die Kombinationen zu ermitteln, welche die Bedingungen der Aufgabe erfüllten. ### Kein Ersatz, sondern eine Ergänzung: Die Nische des Biocomputers Nach Angaben der Autoren soll der Biocomputer klassische elektronische oder Quantencomputer nicht ersetzen. Seine Rolle besteht darin, ein ressourcenschonendes und wirtschaftliches Werkzeug zu werden, um Lösungen für Probleme zu finden, die zuvor in angemessener Zeit als unlösbar galten. „Unsere Methode ist darauf ausgelegt, Probleme zu lösen, die für elektronische Computer unbewältigbar sind, wie etwa das Mapping von Proteinstrukturen“, sagte Nicolau. „Es wurde berichtet, dass KI diese Aufgabe bewältigt hat, aber das stimmt nur teilweise, da sie nur verfügbare Daten verarbeiten kann. Wir schlagen vor, diese Technologie zur Lösung von Problemen zu nutzen und nicht für Schätzungen auf der Grundlage vergangener Informationen.“ Somit wird der bakterienbasierte Biocomputer als spezialisierte Plattform für eine Klasse von Aufgaben positioniert, bei denen Parallelismus und das exponentielle Wachstum der Agentenanzahl einen grundlegenden Vorteil gegenüber der sequenziellen Verarbeitung bieten. ## Faktencheck und Quellen - [Учёные заставили бактерии размножаться ради решения сложных задач window-new](https://3dnews.ru/1150811/uchyonie-zastavili-bakterii-razmnogatsya-radi-resheniya-slognih-zadach) - Die Forschung wurde unter der Leitung von Professor Dan Nicolau von der McGill University durchgeführt. ## Häufige Fragen ### Was ist ein bakterienbasierter Biocomputer? Es handelt sich um ein experimentelles Rechensystem, bei dem anstelle von Siliziumchips bewegliche Bakterien eingesetzt werden, die ein Netzwerk aus Mikrokanälen erkunden und parallele Berechnungen durchführen. ### Welches Problem haben die Wissenschaftler gelöst? Die Wissenschaftler lösten das NP-vollständige Subset-Sum-Problem, indem sie Zahlenkombinationen aus einer bestimmten Menge ermittelten, die eine bestimmte Summe ergeben.