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– Uma equipe de pesquisa com membros da ETH Zurich descobriu um novo método para transformar quase qualquer objeto em uma unidade de armazenamento de dados. Isso possibilita salvar dados extensos em, digamos, botões de camisa, garrafas de água ou até lentes de óculos, e depois recuperá-los anos depois. A técnica também permite aos usuários ocultar informações e armazená-las para as gerações posteriores. Ele usa o DNA como meio de armazenamento.
Cortesia de ETH por Fabio Bergamin: Os seres vivos contêm suas próprias instruções de montagem e operação na forma de dados no DNA. Esse não é o caso de objetos inanimados: qualquer pessoa que deseje imprimir um objeto em 3D também precisa de um conjunto de instruções. Se eles optarem por imprimir o mesmo objeto novamente anos depois, precisarão acessar as informações digitais originais. O objeto em si não armazena as instruções de impressão.
Pesquisadores da ETH Zurich agora colaboraram com um cientista israelense para desenvolver um meio de armazenar informações extensas em quase qualquer objeto. “Com esse método, podemos integrar instruções de impressão 3D em um objeto, para que, após décadas ou mesmo séculos, seja possível obter essas instruções diretamente do próprio objeto”, explica Robert Grass, professor do Departamento de Química e Biociências Aplicadas. A maneira de armazenar essas informações é a mesma que para os seres vivos: nas moléculas de DNA.
“DNA das coisas”
Vários desenvolvimentos dos últimos anos tornaram possível esse avanço. Um deles é o método de Grass para marcar produtos com um “código de barras” de DNA incorporado em minúsculas contas de vidro. Essas nanobeads têm vários usos; por exemplo, como rastreadores para testes geológicos ou como marcadores para alimentos de alta qualidade, distinguindo-os das falsificações. O código de barras é relativamente curto: apenas um código de 100 bits (100 locais preenchidos com “0” s ou “1” s). Essa tecnologia já foi comercializada pelo spin-off da ETH Haelixa.
Ao mesmo tempo, tornou-se possível armazenar enormes volumes de dados no DNA. O colega de Grass, Yaniv Erlich, um cientista de computação israelense com quem agora está colaborando, desenvolveu um método que teoricamente possibilita armazenar 215.000 terabytes de dados em um único grama de DNA. E o próprio Grass conseguiu armazenar um álbum de música inteiro no DNA – o equivalente a 15 megabytes de dados (consulte o artigo da ETH News).
Os dois cientistas agora incorporaram essas invenções a uma nova forma de armazenamento de dados, conforme relatam na revista Nature Biotechnology. Eles chamam a forma de armazenamento de “DNA das Coisas”, uma decolagem na Internet das Coisas, na qual os objetos são conectados à informação via Internet.
Comparável à biologia
Como caso de uso, os pesquisadores imprimiram em 3D um coelho de plástico, que contém as instruções (cerca de 100 kilobytes de dados) para imprimir o objeto. Os pesquisadores conseguiram isso adicionando pequenas esferas de vidro contendo DNA ao plástico. “Assim como coelhos de verdade, nosso coelho também carrega seu próprio projeto”, diz Grass.
E, assim como na biologia, esse novo método tecnológico retém as informações por várias gerações – um recurso que os cientistas demonstraram ao recuperar as instruções de impressão de uma pequena parte do coelho e usá-las para imprimir uma nova. Eles foram capazes de repetir esse processo cinco vezes, essencialmente criando o “trineto-tataraneto” do coelho original.
“Todas as outras formas conhecidas de armazenamento têm uma geometria fixa: um disco rígido deve se parecer com um disco rígido, um CD como um CD. Você não pode alterar o formulário sem perder informações ”, diz Erlich. “Atualmente, o DNA é o único meio de armazenamento de dados que também pode existir como líquido, o que nos permite inseri-lo em objetos de qualquer forma.”
Ocultando informações
Uma aplicação adicional da tecnologia seria ocultar informações em objetos do cotidiano, uma técnica que os especialistas chamam de esteganografia. Para mostrar essa aplicação, os cientistas se voltaram para a história: entre os escassos documentos que atestam a vida no gueto de Varsóvia durante a Segunda Guerra Mundial, há um arquivo secreto, reunido por um historiador judeu e gueto residente na época e escondido das tropas de Hitler em latas de leite. Hoje, esse arquivo está listado no Registro de Memória do Mundo da UNESCO.
Grass, Erlich e seus colegas usaram a tecnologia para armazenar um curta-metragem sobre esse arquivo (1,4 megabytes) em contas de vidro, que depois foram despejadas nas lentes de óculos comuns. “Não seria um problema levar óculos como esse pela segurança do aeroporto e, assim, transportar informações de um lugar para outro sem ser detectado”, diz Erlich. Em teoria, deve ser possível ocultar as contas de vidro em qualquer objeto plástico que não atinja uma temperatura muito alta durante o processo de fabricação. Tais como plásticos incluem epóxidos, poliéster, poliuretano e silicone.
Marcação de medicamentos e materiais de construção
Além disso, essa tecnologia pode ser usada para marcar medicamentos ou materiais de construção, como adesivos ou tintas. Informações sobre sua qualidade podem ser armazenadas diretamente no medicamento ou no material em si, explica Grass. Isso significa que as autoridades de supervisão médica podem ler os resultados dos testes do controle de qualidade da produção diretamente do produto. E em edifícios, por exemplo, os trabalhadores que realizam reformas podem descobrir quais produtos de quais fabricantes foram usados na estrutura original.
No momento, o método ainda é relativamente caro. A tradução de um arquivo de impressão 3D como o armazenado no DNA do coelho de plástico custa cerca de 2.000 francos suíços, diz Grass. Uma grande soma disso vai para a síntese das moléculas de DNA correspondentes. No entanto, quanto maior o tamanho do lote de objetos, menor o custo unitário.
Referência
Koch J, Gantenbein S, Masania K, Stark WJ, Erlich Y, Grass RN: Uma arquitetura de armazenamento de DNA das coisas para criar materiais com memória incorporada. Nature Biotechnology, 9 de dezembro de 2019, doi: 10.1038 / s41587-019-0356-z
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