Computador líquido feito de DNA compreende bilhões de circuitos

Uma equipe de pesquisadores chineses desenvolveu recentemente um Circuito Integrado de DNA (CID) com aplicações versáteis, publicou a revista Nature.

Ao longo das eras, o ácido desoxirribonucleico (DNA) tem funcionado como um manual de instruções para a vida, fornecendo não apenas modelos para uma vasta gama de estruturas químicas, mas também um meio de gerenciar sua produção.

Nas últimas décadas, engenheiros têm explorado um papel sutilmente novo para as capacidades únicas da molécula, usando-a como base para computação biológica. Entretanto, mesmo após 30 anos desde o primeiro protótipo, a maioria dos computadores de DNA ainda enfrenta desafios ao processar mais do que alguns algoritmos personalizados.

Uma equipe de pesquisadores chineses desenvolveu recentemente um Circuito Integrado de DNA (DIC) com aplicações versáteis. As portas do seu computador líquido podem formar surpreendentes 100 bilhões de circuitos, demonstrando sua notável versatilidade, com cada um sendo capaz de executar seu próprio programa.

A computação de DNA tem o potencial de criar máquinas que podem proporcionar avanços significativos em termos de velocidade e capacidade, e assim como na computação quântica, existem várias abordagens possíveis. Neste contexto, os cientistas buscavam construir algo mais adaptável do que os esforços anteriores, visando uma ampla gama de possíveis aplicações.

Os pesquisadores enfatizam em seu artigo publicado que programação e escalabilidade são dois fatores cruciais para alcançar a computação de uso geral.

"A programabilidade possibilita a configuração do dispositivo para executar uma variedade de algoritmos, enquanto a escalabilidade capacita o sistema a lidar com um aumento de carga de trabalho através da adição de recursos."

Para avançar nessa direção, a equipe concentrou seus esforços no desenvolvimento do que eles denominaram como Matrizes de Portas Programáveis Baseadas em DNA, ou DPGAs: pequenos segmentos de DNA interligados para formar estruturas maiores, que, por sua vez, poderiam ser integradas em circuitos com diversas combinações.

Esses DPGAs foram criados por meio da combinação de fitas de DNA com um fluido tampão em tubos de ensaio, utilizando reações químicas para formar as ligações e combinações necessárias para construir os DICs desejados pelos pesquisadores.

Além disso, foi necessária uma modelagem detalhada para determinar como gerenciar os sinais de entrada e saída, bem como para executar funções lógicas semelhantes às de um computador convencional. Circuitos maiores, que eram muito extensos para serem acomodados em um único DPGA, foram subdivididos em componentes menores para a construção.

As funções de computação foram combinadas com moléculas de DNA em um tubo de ensaio | Lv et al., Nature, 2023

Durante seus experimentos, os cientistas conseguiram desenvolver circuitos capazes de resolver equações quadráticas e calcular raízes quadradas, entre outras funcionalidades. No futuro, esses sistemas poderão ser adaptados para aplicações, como o diagnóstico de doenças, conforme indicam os pesquisadores.

Além do mais, os sistemas experimentais mostraram pouca atenuação do sinal ou perda gradual da força de um sinal à medida que ele viaja. Essa é outra parte importante da capacidade de construir computadores de DNA que possam ser dimensionados e adaptados.

Ainda estamos muito longe de concretizar todo o potencial da computação de DNA, mas nos últimos anos, os cientistas deram passos significativos na adaptação dessa forma biológica de armazenamento para uso em tarefas de computação convencional.

"A capacidade de integrar redes DPGA em grande escala sem aparente atenuação do sinal representa um avanço fundamental em direção à realização da computação de DNA de uso geral", escrevem os pesquisadores.

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