20 rotaciones para resolver el cubo de Rubik, y Google ayuda a demostrarlo

El cubo de Rubik vió la luz por primera vez en los años 70. Desde entonces una comunidad de científicos y aficionados busca el número mínimo de rotaciones que es necesario hacer para llegar desde cualquier posición inicial a la posición con todos los colores ordenados. Este número mínimo se llama el número de Dios. Y resulta que es 20. En ningún caso se necesitan más de 20 rotaciones.

La demostración de este resultado no es un montón de formulas matemáticas sino un programa de ordenador que ha solucionado todas las posibilidades iniciales del cubo. Como se afirma en la página web cube20.org, la página oficial del proyecto, un ordenador corriente tardaría unos 35 años en calcular todas las soluciones, mucho tiempo para estar esperando. Y aquí entra Google quien donó tiempo libre de sus ordenadores para el cálculo, reduciendo su tiempo a unas semanas.

En principio existen 43.252.003.274.489.856.000 posiciones diferentes del cubo. Pero algunas de estas son equivalentes en el sentido de que su solución es muy parecida. Por ejemplo, una posición inicial se transforma en otra girando el cubo por 90 grados, sin rotar ninguna de sus piezas. Aunque a primera vista parece otro problema, la solución es la misma. De esta manera y con otros trucos pudieron reducir el número de posiciones iniciales a 55.882.296, acortando el tiempo de computación tremendamente. La gran mayoría de las posiciones iniciales se pueden resolver en menos de 20 rotaciones, algunas en 20, pero no existe ninguna posición que requiera más de 20.

La búsqueda del número de Dios para el cubo de Rubik ha llegado a su fin. 30 años, mucho cavilar y una gran capacidad computacional fueron necesarias para encontrarlo.

plegamiento de proteínas como juego online

Algunos de nosotros pasamos bastante tiempo jugando con el ordenador. Esto unido a la capacidad humana de resolver rompecabezas se pude utilizar para ayudar a la ciencia: en la página web fold.it, el plegamiento de proteínas se ha convertido en un juego, en el cual la mayor puntuación corresponde al estado de menor energía de la proteína. El jugador que encuentra la estructura que se acerca más a su estructura óptima de la proteína se lleva la mayoría de los puntos y así gana. Ya hay muchos que están jugando, y todos ellos ahora son coautores de una publicación reciente en la revista Nature describiendo el juego científico online Foldit.

Las proteínas son biomoléculas vitales que sostienen el funcionamiento de todos los organismos. Enzimas y hormonas, por ejemplo, pertenecen al grupo de las proteínas. La hemoglobina, la parte de la sangre que transporta el oxígeno también lo es, tal como el colágeno. La función de una proteína en un organismo como nuestro cuerpo depende de su forma y su estructura. Esta estructura suele ser bastante complicada y difícil de predecir. Pero sin conocer la estructura, no se pude saber cómo funciona la biomolécula. De ahí el interés en resolver la estructura de una proteína. Saber cómo predecir una estructura, por ejemplo, puede ser útil en el desarrollo y síntesis de nuevos medicamentos.

En los últimos años, el uso de ordenadores se ha hecho muy popular para estudiar proteínas y su estructura. Se da a un programa como base una estructura de una proteína y este intenta, basándose en varias reglas químico-físicas, buscar otra estructura mejor. Es un proceso lento y no siempre da resultados satisfactorios. Como alternativa, un grupo de biólogos moleculares se aprovecha de nuestra afinidad hacia los juegos y nuestra capacidad de resolver puzles. En el juego Foldit, el jugador se ve confrontado con la estructura de una proteína y tiene que buscar otra estructura mejor. Doblando, plegando, rotando y por medio de otros movimientos de partes de la molécula se obtienen varias estructuras de la proteína de energías diferentes. La mayor puntuación corresponde a la mejor estructura, o sea a la de menor energía.

Resulta que en muchos casos los jugadores encontraron estructuras mejores que los programas del ordenador. A veces, para llegar a una nueva estructura de más baja energía, hay que pasar por unas estructuras de muy altas energías. Para un jugador humano esto no significa ningún problema si el cree que la estructura a donde quiere llegar va a tener una energía menor que la inicial. Estos tipos de software, por otro lado, no están programados para pasar por estructuras de altas energías. Esto les prohíbe hacer mayores cambios en la estructura y así encontrar la estructura óptima.

Foldit es un prototipo de cómo se puede utilizar la tremenda capacidad humana para la ciencia y el progreso. Aparte del científico experto que trabaja en universidades y otros instituciones de investigación, se forma una clase de científico ciudadano, el aficionado interesado que contribuye en lo que puede. Jugando, pero a la vez aprendiendo, apoya y aporta en el proceso de la investigación. Concluyen los autores: "Nuestros resultados indican que el progreso científico es posible si se puede canalizar, aunque sea una pequeña fracción de la energía que se gasta en jugar juegos de ordenador, para descubrimientos científicos."

Cooper S, Khatib F, Treuille A, Barbero J, Lee J, Beenen M, Leaver-Fay A, Baker D, Popović Z, & Players F (2010). Predicting protein structures with a multiplayer online game. Nature, 466 (7307), 756-60 PMID: 20686574