运动细菌在微流控网络中求解子集和问题，分裂过程同步增加“生物 CPU”

学术圈重大事件 · 发布 2026-08-12T02:40:00+08:00 · 更新 2026-08-12T02:48:06+08:00

核心结论

Microsystems & Nanoengineering 8 月 11 日报道一种微流控生物计算原型：大肠杆菌或需钠弧菌在编码子集和问题的分叉、直行与汇合通道中运动，以出口和轨迹密度给出答案；需钠弧菌在运行中分裂，使并行计算代理随时间增加。研究展示了 NP 完全问题的物理求解，但离通用、可编程或优于电子计算仍有制造、读出、拥挤与规模化距离。

Microsystems & Nanoengineering 8 月 11 日发表麦吉尔大学、代尔夫特理工大学等机构团队的开放论文，展示一种由运动细菌驱动的微流控计算机。研究选择经典 NP 完全问题“子集和”作为测试：给定一组整数，判断是否存在若干数相加等于目标值。团队把包含或跳过一个数字分别编码为细菌在 Split 结点左转或右转，并用 Pass、Join 结点和不同出口构成实体算法网络；出口计数回答某个和值是否存在，叠加运动轨迹形成的密度图还可回溯由哪些数字组成答案。

设备以 PDMS 复制微通道，通道宽深略大于约 1 微米的细菌宽度，并设置“脏通道”捕获走错路径的代理。大肠杆菌 HCB437 在 Split 结点的左右分布为 50.1% 对 49.8%，需钠弧菌因单鞭毛结构呈 61.1% 对 38.3% 偏置；两者在 Pass 结点的错误率分别约为 1.3% 和 0.3%。论文用多种规模的网络重复实验，并报告细菌可求解总和 42、基数 7 的质数序列实例；在用于测试运行极限的帕斯卡三角网络中，基数 100 的出口仍可辨认。

关键新意不是把细菌仅当作固定数量的移动代理，而是利用需钠弧菌在室温下约 9—12 分钟的倍增时间，让它们穿越网络时自然复制。一个 SSP42@5 实例观察约 26 分钟，可容纳两轮分裂；入口与出口计数显示，更大网络带来更长驻留时间和更明显的代理增幅。作者据此提出以“另一个指数增长”补充 NP 完全问题所需的指数级并行资源，并给出何时可能超过电子计算的尺度估算。

这仍是专用硬件概念验证，而非细菌已经解决电子计算机做不到的问题。网络把特定算法预先写入几何结构，制造面积、成像读出、营养供给、壁面黏附、细菌拥挤与方向偏差都会随规模放大；所谓性能交叉来自模型推算，不是同任务端到端基准。后续价值在于验证可重构网络、自动读出和误差校正能否成立，并把能耗、设备制造时间与答案置信度一起纳入比较。

信息来源

• Microsystems & Nanoengineering 论文
• DOI

可信度说明

同行评议开放论文提供微流控器件、两种细菌、轨迹密度图、出口计数、结点错误率及多种网络规模的重复实验，来源可直接核验。其“计算能力指数增长”和超越电子计算的判断依赖尺度模型；目前仅为预编码子集和网络，尚未证明通用可编程性或实际性能优势。

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