Imagens são criptografadas e decifradas por computador biológico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/02/2012

Os logotipos das duas universidades envolvidas foram criptografados em um único chip de DNA. Quando decifradas, surgem na forma de imagens fluorescentes.
[Imagem: Kienan Lab]

Biocriptografia

Um "computador biológico", construído inteiramente com biomoléculas, é capaz de decifrar imagens criptografadas usando um processador de DNA.

Embora o DNA já tenha sido usado para demonstrar a criptografia antes, esta é a primeira demonstração de um experimento completo, baseado inteiramente em biomoléculas, capaz de cifrar e decifrar imagens usando chips de DNA, os chamados processadores biológicos.

Ou seja, os algoritmos que embaralham os bits do arquivo a ser protegido, e depois o desembaralham de volta, não rodam em um computador normal, mas em um computador biológico.

Para demonstrar o conceito, os pesquisadores aplicaram sua técnica aos logotipos das duas universidades envolvidas no projeto.

Em vez de aparecer em um monitor de computador, as imagens decifradas são geradas por moléculas fluorescentes na superfície do computador biológico.

Biocriptografia

O biocomputador foi projetado para realizar uma versão simplificada - chamada autômato de estado finito - do algoritmo de criptografia proposto por Alan Turing no século passado.

Muito antes dos computadores, Turing propôs usar uma fita contendo a série de símbolos e letras que compõem um texto.

Uma "cabeça de leitura" passaria sobre cada uma das letras, onde faria quatro operações: (1) ler a letra, (2) substituir a letra por outra, (3) mudar seu estado interno e (4) passar para a próxima letra. Essas ações seriam ditadas por uma tabela de instruções, equivalente ao software.

No final, as informações originais estariam embaralhadas, podendo ser descriptografadas invertendo-se as instruções.

Os pesquisadores exploraram o fato de que a fita de dados de Turing é muito parecida com uma fita de DNA. E fizeram todo o processo usando reações químicas.

Os chips de DNA mostram a saída na forma de sinais luminescentes.
[Imagem: Frank F. Bier/Columbia University]

Como funciona um computador biológico

Segundo o professor Ehud Keinan, a biocomputação pode ser mais facilmente entendida lembrando que um computador é, por definição, uma máquina construída com quatro componentes fundamentais: hardware, software, entrada e saída.

Em vez dos transistores e dos sinais elétricos que caracterizam um computador eletrônico, nessa união aparentemente inusitada entre computação e biologia tudo o que se usa são moléculas.

"Todos os sistemas biológicos, e mesmo os organismos vivos inteiros, são 'máquinas de computar'. Cada um de nós é um computador biomolecular, uma máquina na qual todos os quatro componentes [do computador] são moléculas, que 'falam' umas com as outras de forma lógica," explica Keinan.

O hardware e o software dos biocomputadores são complexas moléculas biológicas que ativam umas às outras para realizar um trabalho químico predeterminado, previsível e controlável.

A entrada é uma molécula que passa por mudanças igualmente predeterminadas quando segue um conjunto específico de regras - o software -, e a saída dessa computação química é outra molécula bem definida.

Tudo dentro de um tubo de ensaio, em solução.

Ou seja, se funcionam segundo o mesmo princípio lógico, a grande diferença entre um computador eletrônico e um computador biológico é que aquele é sólido, enquanto este é líquido.

O hardware e o software dos biocomputadores são complexas moléculas biológicas que ativam umas às outras para realizar um trabalho químico predeterminado, previsível e controlável.
[Imagem: Shaughnessy Lab/Columbia University]

Vantagens dos computadores biológicos

Embora não se tenha em mente que os computadores biológicos possam vir a competir com os computadores eletrônicos, eles podem ser úteis em algumas aplicações onde os computadores eletrônicos não são bons, além de também ter algumas vantagens.

Em sua própria arena, a grande vantagem dos biocomputadores é que eles podem se ligar naturalmente a sistemas vivos, sem interfaces, o que é um problema para os computadores eletrônicos quando se fala, por exemplo, em biomecatrônica.

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Em comparação com os processadores eletrônicos, a maior vantagem dos processadores biológicos é que, embora as reações químicas sejam mais lentas do que o fluxo de elétrons de um computador, trilhões delas podem ocorrer ao mesmo tempo, o que torna os biocomputadores máquinas maciçamente paralelas.

"Considerando o fato de que a atual tecnologia de microarrays permite a impressão de milhões de pixels em um único chip, o número de imagens que podem ser criptografas nesses chips é astronômica," disse o professor.

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