Bem-vindos! Qual é a diferença entre um biocomputador e um computador comum? Como funciona o processo de realizar operações com material orgânico? Descubra agora várias curiosidades sobre a biocomputação.
O que é biocomputação?
A biocomputação se refere a dispositivos feitos com material biológico capazes de executar operações lógicas por meio de processos bioquímicos.
Qual é a diferença entre biocomputadores e computadores convencionais?
Enquanto os computadores tradicionais usam chips para realizar operações lógicas, os biocomputadores utilizam compostos biológicos como enzimas, proteínas e DNA. Curioso pensar que esses compostos orgânicos conseguem assumir o mesmo papel de um chip, não é?
E como esse processo realmente funciona?
As enzimas atuam como unidades de processamento, o DNA é responsável por armazenar os dados e as proteínas têm o papel de transmitir essas informações. Diferente do sistema binário convencional, o DNA possui quatro nucleotídeos (adenina, timina, guanina e citosina), que podem ser usados para codificar informações de forma estável.
E o que isso significa em termos de desempenho?
Esse sistema pode lidar com uma quantidade muito maior de dados e até mesmo realizar várias operações ao mesmo tempo.
Você sabia que até mesmo algoritmos de computadores convencionais se baseiam em processos biológicos? Conceitos como recombinação, variação e seleção são usados para buscar soluções mais eficientes. Por exemplo: algoritmos genéticos se baseiam na evolução natural para melhorar seus resultados, enquanto estratégias evolucionárias se aperfeiçoam a partir de mutações. Um exemplo do uso de estratégias evolucionárias é em modelos de IA para problemas mais complexos, como o aprendizado de comportamento. Esse enfoque é bastante eficiente para resolver problemas difíceis, mas exige uma dedicação intensa na análise de operadores e parâmetros.
Incrível, não é?
A empresa Finalspark criou um sistema de acesso remoto a um biocomputador para facilitar os estudos sobre biocomputação. É como um serviço de cloud computing, mas com um biocomputador capaz de executar experimentos eletrofisiológicos. A Neuroplatform permite a execução de testes remotamente em um biocomputador por mais de 100 dias. A Finalspark dispõe de mais de 1.000 minicérebros (organoides), e estima-se que esses organoides possam codificar o equivalente a mais de 18 terabytes de dados. Os organoides são minicérebros que simulam algumas funções do cérebro humano.
Mas como eles conseguem manter tecidos vivos em funcionamento 24 horas por dia?
Os progenitores neuronais são armazenados em líquido criogênico, descongelados, cultivados em células-tronco neurais e expandidos em frascos T25. Nos agitadores orbitais, eles se diferenciam em placas P6. Depois, são manualmente colocados no MEA. O MEA tem 4 grupos com 8 eletrodos cada, totalizando 32, e pode acomodar 4 organoides. Cada organoide é colocado sobre uma membrana permeável que permite a comunicação entre ele e os eletrodos. Os eletrodos se encarregam de traduzir as informações.
E como processos biológicos podem ser usados como algoritmos genéticos?
Os estímulos desencadeiam reações biológicas que resultam em um composto. Esse composto, por sua vez, pode ser usado como o resultado de uma operação, por exemplo, indicando a presença de um gene específico.
Hoje já existem biocomputadores capazes de analisar o genoma humano. Esses algoritmos conseguem diagnosticar doenças e até sugerir tratamentos. Também há estudos que utilizam biocomputadores para processar grandes quantidades de variáveis e avaliar seus impactos no meio ambiente.
Graças à sua enorme capacidade de analisar dados e interpretar o genoma humano, também se estuda o uso dos biocomputadores no tratamento do câncer — desenvolvendo planos mais personalizados de acordo com os dados genéticos do paciente e até prevendo possíveis efeitos colaterais. Além disso, eles também são estudados para aumentar a eficiência de enzimas e a produção de proteínas.
Quais são as vantagens de um biocomputador em relação a um computador normal?
Os biocomputadores têm uma eficiência energética muito maior e causam menos impacto ambiental. Para você ter uma ideia, o cérebro humano possui mais de 86 bilhões de neurônios e consome apenas 20W.
E quais são as desvantagens da biocomputação?
Como a execução dos algoritmos depende de processos químicos, o ambiente pode influenciar negativamente e até provocar falhas. A manipulação de compostos biológicos também exige técnicas laboratoriais específicas. Além disso, por mais promissores que sejam, eles ainda não atingem a mesma velocidade de um computador tradicional com chip.
Cientistas da Universidade Shanghai Jiao Tong conseguiram desenvolver o primeiro biocomputador programável. Em um experimento com 18 amostras genéticas, ele conseguiu identificar corretamente quais eram saudáveis e quais estavam doentes em apenas 2 horas.
E um dado impressionante: mesmo parecendo ficção científica futurista, os estudos sobre essa tecnologia começaram ainda na década de 1990.
📚 Fontes:
https://digitales-institut.de/der-aufstieg-des-biocomputers-eine-revolutionaere-technologie/
https://www.frontiersin.org/journals/artificial-intelligence/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full
https://www.frontiersin.org/journals/artificial-intelligence/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full
https://finalspark.com/neuroplatform/
https://comunidad-biologica.com/logran-crear-mini-cerebros-humanos-con-vasos-sanguineos-reales/
https://jabde.com/2024/07/12/playing-doom-on-a-molecular-computer/
https://www.thestack.technology/scientists-make-dna-computer-breakthrough/
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