Avanço com DNA sintético aproveita a alta densidade do material genético para enfrentar o crescente consumo energético da inteligência artificial.
Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos, utilizaram DNA sintético para desenvolver um dispositivo de memória com baixo consumo energético. Segundo a equipe, a tecnologia pode gastar até 100 vezes menos eletricidade que dispositivos tradicionais, como memórias flash.
Publicado na revista Advanced Functional Materials e alvo de um pedido de patente, o estudo combina moléculas produzidas em laboratório com perovskita, material semicondutor empregado em células solares, lasers e sistemas de armazenamento.
O resultado é um memristor, componente eletrônico capaz de registrar atividades elétricas anteriores mesmo depois de ser desligado. Diferente dos resistores convencionais, o equipamento preserva informações sobre o sentido percorrido pela corrente elétrica.
Essa característica permite armazenar e processar dados no mesmo local, de maneira semelhante ao funcionamento dos neurônios. A solução pode favorecer a computação neuromórfica, área que busca criar sistemas inspirados no cérebro para realizar diferentes operações simultaneamente.
DNA passa a conduzir eletricidade
Para construir o dispositivo, os cientistas projetaram sequências curtas e rígidas de DNA sintético com composições e tamanhos específicos. Em seguida, adicionaram nanopartículas de prata ao material e o integraram a filmes finos de perovskita.
O processo, conhecido como dopagem, tornou o material genético eletricamente condutor e organizou suas moléculas de forma mais ordenada. As sequências fabricadas em laboratório também ofereceram maior controle estrutural do que o DNA natural, formado por longas cadeias que dificultam a produção de componentes em escala nanométrica.
A composição das sequências pode ser definida computacionalmente conforme as propriedades desejadas. Dessa forma, o material deixa de funcionar apenas como molécula biológica e passa a atuar como uma plataforma programável para a produção de nanomateriais.
Dispositivo opera com menos de 0,1 volt
A união entre o material genético modificado e a perovskita criou caminhos capazes de orientar o deslocamento dos elétrons. Nos testes, o componente operou de maneira previsível com tensão inferior a 0,1 volt.
O sistema também manteve o funcionamento em temperaturas próximas de 121 °C e permaneceu estável por mais de seis semanas em condições ambientes. Esse desempenho superou o observado em outros dispositivos de memória baseados em perovskita, segundo os pesquisadores.
A equipe informa que o equipamento realizou funções equivalentes às de tecnologias comparáveis consumindo cerca de um décimo da energia. Em comparação com dispositivos tradicionais de armazenamento, a redução pode chegar a 100 vezes, acompanhada de maior densidade de dados.
Tecnologia pode atender à expansão da IA
Um grama de DNA pode armazenar aproximadamente 215 milhões de gigabytes. Aproveitar a capacidade do DNA sintético em componentes eletrônicos poderia ampliar o armazenamento sem elevar proporcionalmente o uso de eletricidade, uma demanda crescente diante da expansão da inteligência artificial e dos centros de dados.
Os testes indicaram que nem o material genético nem a perovskita, quando utilizados separadamente, alcançaram a mesma estabilidade. O desempenho dependeu da interação entre os dois componentes.
Agora, os pesquisadores pretendem aperfeiçoar o dispositivo e investigar outras aplicações para sistemas eletrônicos bioinspirados. Antes de chegar ao mercado, contudo, a tecnologia ainda precisará avançar em escala, durabilidade e integração com equipamentos comerciais.
