Microchip sintetiza DNA para armazenar dados em alta densidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/12/2021

O chip é formado por poços onde moléculas individuais são crescidas sem defeitos para armazenar dados.
[Imagem: Sean McNeil/GTRI]

Cultivando a memória

Pesquisadores fizeram um avanço significativo no armazenamento de dados em moléculas de DNA ao construir um chip que irá automatizar a tarefa.

O microchip permite "cultivar" as moléculas de DNA em micropoços individuais, criando um meio de armazenamento de dados 3D de alta densidade a um custo ultrabaixo - e capaz de armazenar essas informações por centenas de anos, para arquivamento.

O armazenamento de dados em DNA usa as quatro bases que compõem o DNA biológico - adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C) - para armazenar dados de forma análoga aos zeros e uns da computação tradicional.

Contudo, essa técnica tem estado restrita a aplicações como cápsulas do tempo e nos primeiros experimentos do chamado "DNA das Coisas", mas há amplo interesse no DNA como meio de armazenamento para arquivos de dados massivos de modo mais seguro do que as atuais técnicas de gravação magnética.

O problema é que o processo de gravação é lento demais, produz muitos erros e está longe de ser automatizado.

É aí que entra o trabalho do consórcio SMASH (Hardware e Software de Arquivamento Molecular Escalonável), um projeto liderado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas da Geórgia, nos EUA, para desenvolver técnicas escalonáveis de armazenamento de leitura e gravação baseadas em DNA.

Memória de DNA

Os primeiros resultados do projeto são microchips de prova de conceito, mas já fabricados em escala nanométrica, contendo matrizes de minúsculos poços, com algumas centenas de nanômetros de profundidade, a partir dos quais os filamentos de DNA crescem em um processo maciçamente paralelo e sem necessidade de intervenção humana.

Este primeiro protótipo tem cerca de 2,5 centímetros quadrados e inclui 10 bancos de micropoços onde o DNA é cultivado.

As versões futuras dos chips incluirão uma segunda camada de controles eletrônicos - fabricados em CMOS convencionais - que gerenciará o processo químico à medida que cada molécula individual de DNA é cultivada em cada um dos poços, uma base de cada vez.

Assim que a sequência de bases que armazena os dados for concluída, as fitas de DNA serão retiradas dos poços e secas para armazenamento de longo prazo.

Como cada base que armazena informações consiste em um pequeno número de átomos, a técnica permitirá que centenas de terabytes de informações - que hoje exigem vários discos rígidos - sejam armazenados em um único ponto de DNA. O objetivo da equipe é chegar à escala de exabytes de armazenamento - 1 exabyte equivale a 10¹⁸ bytes, deixando para trás os terabytes (10¹² bytes) e os petabytes (10¹⁵ bytes).

A equipe também já construiu uma plataforma para ler e gravar os dados nos chips.
[Imagem: Sean McNeil/GTRI]

Codec para ler DNA

Uma das desvantagens de armazenar dados no DNA é a taxa de erros muito alta - consideravelmente mais alta do que o tolerável para os discos rígidos magnéticos. A equipe também está trabalhando nisto, por meio de uma codificação das informações em DNA (um "codec") para identificar e corrigir os erros e proteger os dados armazenados.

"Estamos trabalhando com um monte de novas tecnologias e essas novas tecnologias têm taxas de erro mais altas do que as tecnologias de armazenamento tinham no passado," disse Adam Meier, membro da equipe. "Nosso objetivo é que este codec seja super robusto contra erros, capaz de funcionar com dispositivos que leem até 10% das bases de forma errada."

Conforme essas técnicas de correção de erros vão melhorando, elas também ficam mais "leves", exigindo a inserção de menos controles nos chips e acelerando ainda mais sua miniaturização.

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