Computador líquido feito de DNA compreende bilhões de circuitos

Durante eras, o ácido desoxirribonucleico (DNA) serviu como uma espécie de 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.

Nos últimos anos, os engenheiros exploraram um papel sutilmente novo para as capacidades únicas da molécula, como base para um computador biológico. No entanto, apesar de já terem passado 30 anos desde o primeiro protótipo, a maioria dos computadores de DNA tem lutado para processar mais do que alguns algoritmos personalizados.

Uma equipe de pesquisadores da China criou agora um circuito integrado de DNA (DIC) que tem um propósito muito mais geral. As portas do seu computador líquido podem formar surpreendentes 100 bilhões de circuitos, mostrando sua versatilidade, sendo cada um capaz de executar seu próprio programa.

A computação DNA tem o potencial de criar máquinas que oferecem saltos significativos em velocidades e capacidades e – tal como acontece com a computação quântica – existem várias abordagens que podem ser adotadas. Aqui, os cientistas queriam construir algo que fosse mais adaptável do que os esforços anteriores, com uma gama mais ampla de utilizações potenciais.

“Programação e escalabilidade constituem dois fatores críticos para alcançar a computação de uso geral”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado.

“A programabilidade permite a especificação do dispositivo para executar vários algoritmos, enquanto a escalabilidade permite lidar com uma quantidade crescente de trabalho pela adição de recursos ao sistema.”

Para trabalhar nesse sentido, a equipe se concentrou no que chamou de matrizes de portas programáveis ​​baseadas em DNA , ou DPGAs: pequenos segmentos de DNA fixados entre si para criar estruturas maiores, que poderiam então ser construídas em circuitos integrados de várias combinações.

Esses DPGAs foram feitos misturando fitas de DNA com fluido tampão em tubos de ensaio, contando com reações químicas para fazer as ligações e as combinações necessárias para construir os DICs que os pesquisadores pretendiam.

Também foi necessária alguma modelagem detalhada para descobrir como gerenciar sinais de entrada e saída e executar funções lógicas, como um computador padrão. Circuitos maiores, grandes demais para um único DPGA, foram divididos em componentes para construção.

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Ao longo de seus experimentos, os cientistas conseguiram criar circuitos para resolver equações quadráticas e raízes quadradas, por exemplo. Mais adiante, esses sistemas poderão ser adaptados para fins como o diagnóstico de doenças, dizem 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 modificação desta forma biológica de armazenamento para a utilizar em tarefas de computação convencionais.

“A capacidade de integrar redes DPGA em grande escala sem atenuação aparente do sinal marca um passo fundamental em direção à computação de DNA de uso geral”, escrevem os pesquisadores.