Computador Baseado em DNA Calcula Raízes Quadradas Até 900 — Marco na Computação Molecular

Um computador feito de fitas de DNA em um tubo de ensaio pode encontrar raízes quadradas de números quadrados de 1 a 900. Embora funcione apenas para inteiros, este é o computador de DNA mais avançado até hoje.

O Limite dos Transistores de Silício

Atualmente, empresas como Intel e AMD produzem em massa transistores de 10 nanômetros — apenas 10 vezes mais largos que moléculas de DNA.

No entanto, há um limite para o quão pequenos esses transistores podem ficar. Em breve, alcançaremos um ponto em que não poderemos mais continuar a fazer dispositivos eletrônicos menores e mais eficientes.

Uma das alternativas promissoras às tecnologias de computadores baseadas em silício é a computação DNA, que usa bioquímica, DNA e hardware de biologia molecular. O campo ainda está em sua infância, mas promete resolver problemas que os computadores existentes não conseguem lidar.

Até agora, cientistas demonstraram circuitos baseados em DNA compreendendo dezenas de portas lógicas, que podem realizar algumas funções lógicas básicas. No entanto, eles são incapazes de realizar operações matemáticas complexas.

Agora, pesquisadores da Universidade de Rochester desenvolveram um computador a partir de fitas de DNA em um tubo de ensaio, que pode calcular as raízes quadradas de números quadrados (apenas inteiros) até 900.

Isso significa que ele pode encontrar a raiz quadrada de 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49… 784, 841, 900. Isso é alcançado projetando sequências de DNA e programando reações de deslocamento de fita de DNA.

Referência: Small | DOI:10.1002/smll.201903489

Três Blocos de Construção Moleculares

Para realizar o circuito lógico de raiz quadrada de 10 bits via deslocamento de fita de DNA, a equipe de pesquisa desenvolveu três blocos de construção moleculares.

1. Módulo Cognitivo: As entradas são codificadas para reconhecer um ou dois nanoindicadores de DNA específicos. Em termos simples, um número é codificado no DNA usando uma combinação de 10 blocos de construção. As diferentes combinações representam diferentes números que são conectados a um marcador fluorescente.
2. Módulo de Biocomputação: A raiz quadrada de 10 bits é realizada usando a reação de hibridização entre diferentes combinações de entrada e plataforma de reação. Ela altera o sinal fluorescente. A raiz quadrada do número original é então extraída da cor.
3. Módulo de Definição: Este módulo é necessário para limiar as saídas por sinais de fluorescência para demonstrar a realização do circuito lógico de raiz quadrada de 10 bits.

Também é possível otimizar os sinais de entrada via feedback de saída. Isso melhorará o desempenho em operações lógicas mais complexas.

O Que Vem a Seguir?

Este computador DNA fornece programabilidade estrutural única do DNA e um poderoso banco de dados, abrindo novos caminhos para o desenvolvimento de circuitos de computação complexos e dispositivos funcionais inovadores.

A equipe de pesquisa usará a mesma técnica para simular sinais analógicos ou digitais para realizar uma gama mais ampla de cálculos de raiz quadrada, em vez de apenas calcular raízes quadradas de inteiros.

No geral, o estudo oferece uma maneira mais universal para aplicações em bioengenharia e biotecnologia. E os pesquisadores acreditam que computadores DNA eventualmente substituirão computadores baseados em silício para processamento massivo de dados e computações complicadas.

Referência: Small | DOI:10.1002/smll.201903489