NanoBytes: a correção avançada de erros computacionais a partir de nanoestruturas de DNA

No universo dos bits, a transmissão de dados deve ser feita de forma precisa e confiável para garantir que a informação não se perca. Entretanto, erros na transmissão de dados, como ruídos, interferências e desvanecimento do canal, podem prejudicar a integridade da troca de dados. Como alternativa para driblar estes erros, pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing, na China, propuseram uma técnica baseada no código de Hamming integrado a nanoestruturas de DNA para correção avançada de erros na comunicação de dados.

O código de Hamming é uma técnica avançada de detecção, tanto do erro de um bit quanto da sua localização, e de correção desses erros. Isso se torna possível devido à adição extra de bits de paridade (códigos de verificação) aos dados, o que permite a correção de erros de transmissão de dados. O DNA emerge, neste caso, como uma plataforma inovadora de detecção de erros, criptografia e armazenamento de dados.

Os nanodispositivos de DNA baseiam-se em princípios de hibridização e deslocamento de fita, o que torna viável a manipulação de moléculas de DNA de forma programável e reversível, além de possuírem alta seletividade, baixo consumo de energia e fácil fabricação quando comparado a dispositivos eletrônicos tradicionais. No entanto, verificadores comuns de paridade baseados em DNA não são capazes de determinar a localização do erro, muito menos corrigi-lo. Por isso, a integração entre o código de Hamming e a nanotecnologia em DNA promete superar as limitações dos verificadores de paridade. 

Os valores de bits de paridade podem ser obtidos por meio de uma operação XOR. A engenharia de construção dos nanodispositivos de DNA são baseadas em nanopartículas de ouro (AuNPs) integradas a ssDNA* em dois domínios que realizam operação XOR por meio de um sistema lógico de três entradas, com sinais de fluorescência resultantes detectados para obtenção dos códigos de verificação, e uma de saída. Se extremidades de entrada receberem dados com erros, eles poderão ser localizados por meio da fluorescência emitida pelo deslocamento da fita de DNA na nanoestrutura. A detecção e correção de erros para esses dados podem ser obtidas usando outra porta lógica EC. Os princípios específicos de detecção e correção estão representados de maneira simplificada na Figura 1.

As nanoestruturas de DNA se comportam como blocos para implementar o código de Hamming, os quais realizam operações lógicas e demonstram resultados computacionais por meio de sinais de fluorescência, que podem ser interpretados e traduzidos para a linguagem binária. Esse sistema fornece importantes recursos para correção de erros, confidencialidade e segurança de dados durante todo o processo de correção de erros, salvaguardando a integridade das informações e tornando-se promissora para aplicações nas mais diversas áreas, como no processamento de sinal e nas telecomunicações.

*DNA de fita simples.

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