Pesquisadores do laboratório de Lulu Qian , professora de bioengenharia do Caltech, estão desenvolvendo máquinas em nanoescala feitas de DNA sintético, aproveitando as propriedades únicas de ligação química do DNA para construir circuitos capazes de processar sinais de forma muito semelhante à de computadores em miniatura. Operando em escalas de bilionésimos de metro, essas máquinas moleculares podem ser projetadas para formar robôs de DNA que classificam cargas ou para funcionar como uma rede neural capaz de aprender a reconhecer dígitos numéricos escritos à mão . Um grande desafio, no entanto, permanece: como projetá-las e equipá-las para múltiplos usos.

Agora, Qian e o ex-pesquisador de pós-doutorado Tianqi Song (atual professor assistente na Universidade da Carolina do Norte em Greensboro) desenvolveram um método para alimentar circuitos de DNA usando calor. O sistema se reinicializa automaticamente quando aquecido, criando um sistema reutilizável e recarregável que pode ser projetado para diversas computações. Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado na revista Nature em 1º de outubro de 2025.

"Ao contrário dos combustíveis especializados, o calor está em toda parte e é de fácil acesso", diz Qian. "Com o design certo, ele pode recarregar máquinas moleculares repetidamente, permitindo que elas mantenham a atividade e interajam com o ambiente. E, ao contrário das baterias químicas, essa recarga praticamente não deixa resíduos — apenas os resquícios dos próprios sinais de entrada, que, em um ambiente natural, seriam simplesmente reciclados com o tempo."

O método de recarga de calor baseia-se em um fenômeno chamado armadilha cinética. Molas são um exemplo clássico de armadilha cinética — comprimir uma mola armazena energia, e essa energia é liberada quando a mola se abre. De forma semelhante, as moléculas de DNA que compõem o sistema da equipe são projetadas para se ligarem de tal forma que o aquecimento delas armazena energia dentro das próprias ligações moleculares.

"Imagine duas fitas de DNA que deveriam se encaixar, como peças de um quebra-cabeça, mas uma delas está sendo retida por uma terceira fita que retarda a reação", diz Song. "É como uma mola pressionada e mantida no lugar — a energia está lá, esperando. A adição de uma fita catalisadora libera o bloqueio, fazendo com que a mola se solte repentinamente e as fitas de DNA se emparelhem rapidamente, liberando a energia armazenada para impulsionar o sistema. Quando você aquece um tubo de ensaio de DNA e depois o resfria, as moléculas nem sempre se acomodam em seu arranjo mais estável. Em vez disso — e especialmente quando têm estruturas dobradas fortes — o aquecimento e o resfriamento podem recolocá-las em estados de mola, prontas para liberar energia novamente."

Com base nas duas ideias — armadilhas cinéticas como reservatórios de energia e calor como um botão de reinicialização — a equipe investigou se o calor poderia ser usado como fonte universal de energia para circuitos moleculares complexos. Em seu projeto, os circuitos realizam suas tarefas à temperatura ambiente, gastando a energia armazenada em armadilhas cinéticas, como "molas" moleculares. Quando suas tarefas são concluídas, o sistema pode ser recarregado com um pulso de calor, reiniciando-o para que esteja pronto para a próxima entrada.

A dupla demonstrou que esse método recarregável pode ser aplicado para alimentar comportamentos de sistemas muito diferentes; neste caso, como uma rede neural e como um circuito lógico. Esses dois sistemas são arquétipos da computação clássica.

É importante ressaltar que a ideia de reutilização por meio de armadilhas cinéticas não se limita ao calor. "Em princípio, qualquer fonte de energia — luz, sal ou gradientes ácidos, como os que atravessam as membranas celulares — poderia desempenhar o mesmo papel, desde que conseguisse quebrar ligações fracas entre as moléculas, permitindo que elas retornassem naturalmente às suas armadilhas", afirma Qian. "Com esse tipo de computação sustentável, podemos começar a projetar sistemas moleculares que não realizam uma tarefa apenas uma vez, mas que podem apresentar comportamentos de longo prazo mais semelhantes aos dos sistemas vivos — como aprendizado e evolução."

"A longo prazo, essas máquinas moleculares em funcionamento contínuo — especialmente aquelas com aprendizado autoguiado e habilidades em evolução — poderiam 'viver' dentro de materiais do cotidiano", acrescenta. "Imagine um revestimento aplicado uma única vez a um avião, detectando constantemente o estresse e reparando rachaduras para manter os passageiros seguros ano após ano. Ou um par de lentes de contato que você compra uma vez, que se reidratam e se ajustam para corrigir sua visão, independentemente de como ela mude ao longo do tempo. Ou até mesmo um medicamento inteligente que você toma uma única vez, que continua aprendendo a combater novas doenças por toda a vida. O que agora parece mera imaginação pode se tornar realidade se outros se basearem em nossa prova de conceito e levarem o trabalho adiante nas próximas décadas."

O artigo intitula-se " Computação recarregável por calor em circuitos lógicos de DNA e redes neurais ". Qian e Song são os autores do estudo. O financiamento foi fornecido pela Schmidt Sciences, LLC e pela National Science Foundation.