Começa projeto para construção do primeiro biocomputador

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O projeto Bio4Comp vai usar unidades biocomputacionais impulsionadas por motores moleculares dentro de nanocanais.[Imagem: Till Korten/Cornelia Kowol]

Biocomputação

A União Europeia incluiu em seu programa EU-Horizon 2020 um projeto para construir um novo tipo de computador baseado em biomoléculas.

Os pesquisadores já receberam a parte inicial dos €6,1 milhões e já começaram a trabalhar.

"Praticamente todos os problemas matemáticos realmente interessantes do nosso tempo não podem ser computados de forma eficiente com a nossa atual tecnologia de computadores," disse o professor Dan Nicolau, que acredita que os biocomputadores serão muito superiores à atual computação eletrônica.

A ideia é usar máquinas biomoleculares, também conhecidas como motores moleculares, cada uma medindo alguns poucos nanômetros, para resolver problemas por meio de uma abordagem que a equipe chama de "biocomputação baseada em redes": as máquinas moleculares serão postas para se mover por uma rede de microcanais projetados para representar um algoritmo matemático.

Sempre que as biomoléculas atingirem uma junção na rede, elas ou adicionam um número à soma que estão calculando ou seguem adiante. Dessa forma, cada biomolécula atua como um pequeno computador, com processador e memória, já que fazem o cálculo e guardam consigo e resultado.

Computação paralela e eficiente

Embora cada biomolécula individual seja muito mais lenta do que um transístor, elas se automontam, de forma que podem ser usadas em grande número, acrescendo rapidamente seu poder de computação - e gastando muito pouca energia.

"Nós estamos usando motores moleculares das células que foram otimizados por um bilhão de anos de evolução para serem nanomáquinas altamente eficientes energeticamente. E as unidades de computação biológica podem se multiplicar para se adaptarem à dificuldade do problema matemático," disse Stefan Diez, membro da equipe.

Outra vantagem é que o biocomputador não funcionará de forma sequencial, como os atuais, fazendo cálculos verdadeiramente paralelos, já que uma biomolécula não precisa se importar com o que a outra está fazendo para fazer o seu próprio trabalho.

Imagens por microscópio eletrônico dos primeiros protótipos das redes que serão utilizadas, cada uma projetada para um tipo diferente de cálculo. [Imagem: Till Korten/Cornelia Kowol]

Múltiplos objetivos

O objetivo da equipe é chegar até o fim do projeto, em 2021, com a biocomputação em um nível de desenvolvimento que a torne competitiva com outras abordagens alternativas de computação, como a computação de DNA e a computação quântica.

Para isso, eles pretendem fazer um trabalho intenso no campo da biotecnologia, modificando as propriedades dos motores de proteínas, como a quinesina, a fim de otimizá-la para a biocomputação e permitir sua integração em dispositivos microfluídicos.

"Otimizar os motores moleculares não só nos dará ferramentas ideais para a nanotecnologia mas, ao mesmo tempo, aprenderemos muito sobre como eles funcionam e o que fazem dentro da célula. Esses insights serão úteis, além dos objetivos específicos do projeto, por exemplo para elucidar os papéis dessas proteínas em doenças graves, como câncer e demência," disse o professor Diez.

Bibliografia:

Parallel computation with molecular-motor-propelled agents in nanofabricated networks
Dan V. Nicolau Jr, Mercy Lard, Till Korten, Falco C. M. J. M. van Delft, Malin Persson, Elina Bengtsson, Alf Mansson, Stefan Diez, Heiner Linke, Dan V. Nicolau
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 113 no. 10, 2591-2596
DOI: 10.1073/pnas.1510825113