Computador de DNA roda programas sem gastar eletricidade

Computação termodinamicamente favorecida

Pesquisadores irlandeses desenvolveram uma nova arquitetura de computação baseada em DNA, que os testes demonstraram ser um dos computadores moleculares mais complexos e mais rápidos já construídos ou mesmo idealizados.

Ao contrário dos computadores convencionais, que funcionam com chips de silício, o sistema é uma coleção de filamentos de DNA interagindo em água, sem necessidade de fornecimento contínuo de eletricidade e precisando apenas de um pouco de calor para iniciar o cálculo.

Dentro do computador molecular, os filamentos de DNA são usados para realizar três operações básicas – multiplicação, divisão e adição, que então são encadeadas para rodar os algoritmos usando uma arquitetura batizada de “computador de DNA com estrutura de andaimes”.

Baseada em princípios matemáticos, físicos e da ciência da computação, essa estrutura em andaimes é descrita como “termodinamicamente favorecida”, o que significa que o sistema “decai” naturalmente para um estado de equilíbrio, dispensando controle cinético preciso e até mesmo a correção de erros.

Os computadores atuais, tanto os eletrônicos quanto os moleculares já construídos até agora, têm como objetivo chegar a um estado alvo ou final que está fora do equilíbrio. Décadas de pesquisa reduziram as taxas de erro, mas o custo em termos de energia é elevado. Uma computação termodinamicamente favorecida, por sua vez, tem como saída o estado energeticamente mais favorável, o que significa que a computação ocorre porque o sistema entra natural e automaticamente em equilíbrio – o consumo de energia é mínimo.

“Este trabalho cria uma nova maneira de pensar sobre computação de equilíbrio em todos os tipos de sistemas sintéticos,” escreveu a equipe.

Programação e implementação da máquina de estados finitos de adição.
[Imagem: Tristan Stérin et al. – 10.1038/s41586-026-10996-5]

Computação com DNA

Tristan Stérin e seus colegas da Universidade de Maynooth criaram o computador de DNA adicionando uma pequena gota de água e sal a um tubo de ensaio, juntamente com pequenos fragmentos de DNA e uma estrutura de DNA mais longa. A mistura é aquecida e depois resfriada, permitindo que o DNA realize um cálculo.

“As moléculas interagem, formam uma estrutura, e essa estrutura é a resposta,” descreveu o professor Damien Woods. “Uma inovação fundamental é que o sistema encontra essa resposta naturalmente, sem a necessidade de fornecimento contínuo de energia.”

Os testes de demonstração envolveram executar dez programas, incluindo cálculos de até 100 bits. Por exemplo, um experimento somou números na faixa de aproximadamente 11 milhões a 34 milhões, levando até 14 horas para chegar a um resultado, enquanto um cálculo de 10 mais 3 levou apenas 30 segundos.

“A reação ocorre rapidamente no tubo de ensaio, mas não tão rápido quanto no silício, nem se pretende que seja. Mas, comparado a outros computadores de DNA, o nosso é o mais rápido,” disse a professora Abeer Eshra, acrescentando que o computador de DNA demonstrou ser robusto e reutilizável, realizando até 25 cálculos diferentes em sequência.