Il est de notoriété publique que le parfait est l'ennemi du bien, mais dans le monde à l'échelle nanométrique, la perfection peut être l'ennemie du meilleur.

Dans le monde du travail, les ingénieurs et les scientifiques se donnent beaucoup de mal pour rendre les appareils que nous utilisons aussi parfaits que possible. Quand nous allumons un interrupteur ou tournons la clé de la voiture, nous nous attendons à ce que les lumières s'allument et que le moteur démarre à chaque fois, à de rares exceptions près. Ils l'ont fait en utilisant un processus de conception descendante combiné à l'application de grandes quantités d'énergie pour augmenter la fiabilité en supprimant la variabilité naturelle.

Cependant, cette approche par force brute ne fonctionnera pas dans le monde à l'échelle nanométrique que les scientifiques commencent à sonder à la recherche de nouveaux dispositifs électriques et mécaniques. C'est parce que les objets à cette échelle se comportent d'une manière fondamentalement différente des objets à plus grande échelle, argumente Peter Cummings, John R. Hall Professeur de génie chimique à l'Université Vanderbilt, et Michael Simpson, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Tennessee, Knoxville, dans un article du numéro d'avril du ACS Nano journal.

La différence déterminante entre les comportements des objets à grande échelle et à l'échelle nanométrique est le rôle que joue le « bruit ». Pour les scientifiques, le bruit ne se limite pas aux sons désagréables; c'est n'importe quel type de perturbation aléatoire. Au niveau des atomes et des molécules, le bruit peut prendre la forme d'un mouvement aléatoire, qui domine à tel point qu'il est extrêmement difficile de fabriquer des appareils fiables.

La nature, cependant, a réussi à comprendre comment faire fonctionner ces fluctuations, permettant aux organismes vivants de fonctionner de manière fiable et beaucoup plus efficace que des appareils comparables fabriqués par l'homme. Il l'a fait en exploitant le comportement à contre-courant que le comportement aléatoire permet.

« L'investissement à contre-courant est une stratégie pour gagner en bourse, " Cummings a dit, "mais il peut aussi être une caractéristique fondamentale de tous les processus naturels et détient la clé de nombreux phénomènes divers, y compris la capacité du virus de l'immunodéficience humaine à résister aux médicaments modernes."

Dans leur papier, Cummings et Simpson soutiennent que dans une population donnée, les fluctuations aléatoires – le « bruit » – amènent une petite minorité à agir contrairement à la majorité et peuvent aider le groupe à réagir aux conditions changeantes. Dans cette mode, moins de perfection peut en fait être bon pour l'ensemble.

Imiter les cellules

Au Laboratoire national d'Oak Ridge, où travaillent les deux chercheurs, ils explorent ce principe de base en combinant la création de simulations virtuelles et la construction de mimiques de cellules physiques, des systèmes synthétiques construits à l'échelle biologique qui présentent certaines caractéristiques de type cellulaire.

"Au lieu d'essayer de prendre des décisions parfaites sur la base d'informations imparfaites, la cellule joue les cotes avec une tournure importante :elle couvre ses paris. Sûr, la plupart des cellules placeront des paris sur le gagnant probable, mais quelques-uns importants mettront leur argent sur le long shot, " dit Simpson. " C'est la leçon de la nature, où une humble cellule bactérienne surpasse nos meilleures puces informatiques par un facteur de 100 millions, et il le fait en partie en étant moins que parfait."

Suivre l'exemple de la nature signifie comprendre le rôle du hasard. Par exemple, dans le virus du sida, la plupart des cellules infectées sont obligées de produire de nouveaux virus qui infectent d'autres cellules. Mais quelques-unes des cellules infectées font basculer le virus dans un état dormant qui échappe à la détection.

"Comme des bombes à retardement, ces infections dormantes peuvent devenir actives plus tard, et ce sont ces événements à contre-courant qui sont le principal facteur empêchant l'éradication du SIDA, ", a déclaré Simpson.

"Notre technologie a combattu cette chance en utilisant une approche de force brute qui consomme beaucoup d'énergie, " a déclaré Cummings. En conséquence, l'un des facteurs limitant la construction d'ordinateurs plus puissants est la quantité d'énergie nécessaire pour réduire le réseau.

Pourtant, résidant au sommet des armoires de ces supercalculateurs, se dorer dans la chaleur générée dans la lutte pour supprimer l'élément de chance, les humbles bactéries nous montrent une autre voie.