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Diocélio D. Goulart
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A Cortical Labs, startup australiana, anunciou recentemente o lançamento do CL1, o primeiro computador biológico comercial do mundo 1. Essa tecnologia inovadora combina neurônios humanos cultivados em laboratório com chips de silício, criando o que a empresa chama de "uma forma mais avançada e sustentável de IA", uma rede neural apelidada de Inteligência Biológica Sintética (SBI) 1. Mas até que ponto essa tecnologia é viável e quais os benefícios reais que ela traz?
Este artigo analisa criticamente a viabilidade da tecnologia de chips biológicos da Cortical Labs, considerando o estado atual da computação, os desafios e as limitações. Abordaremos também o impacto dessa tecnologia no paradigma da computação em termos de desempenho, custo e gasto energético.
A tecnologia de chips biológicos, como a desenvolvida pela Cortical Labs, representa um novo paradigma na computação, combinando a capacidade de processamento de informações do silício com a flexibilidade e eficiência energética dos neurônios biológicos. O desenvolvimento dessa tecnologia iniciou-se com os primeiros sensores químicos, como o eletrodo de pH de vidro inventado em 1922 2. A partir daí, o conceito de usar locais de troca para criar membranas permeáveis seletivas foi utilizado para desenvolver outros sensores de íons.
A fabricação de biochips, como o CL1, envolve a deposição de sensores em um substrato, que pode ser passivo (como silício ou vidro) ou ativo, com eletrônicos integrados ou dispositivos micromecânicos que auxiliam na transdução de sinal 2. A química de superfície é crucial para ligar as moléculas do sensor ao substrato.
O CL1 da Cortical Labs utiliza um chip de silício como substrato, onde neurônios humanos cultivados em laboratório são integrados 3. Esses neurônios formam redes que respondem a sinais elétricos, processando informações de maneira análoga ao cérebro biológico. O sistema permite a comunicação bidirecional: impulsos elétricos estimulam os neurônios, e suas respostas são registradas e analisadas 3.
Para garantir a viabilidade dos neurônios, o CL1 possui um sistema de suporte de vida que regula temperatura, troca gasosa e outras condições essenciais 3. Os neurônios são cultivados em uma solução rica em nutrientes, que supre suas necessidades para se manterem saudáveis 1. O chip de silício envia e recebe impulsos elétricos para a estrutura neural, e os neurônios são integrados ao Sistema Operacional de Inteligência Biológica (biOS) da Cortical Labs, responsável por executar simulações 1. O biOS envia informações sobre o ambiente para os neurônios, e suas reações influenciam o mundo simulado 1.
É importante destacar que a fabricação de biochips envolve desafios na deposição dos sensores no substrato. A técnica de microarraying, que consiste na colocação precisa de pequenas gotas de material sensor na superfície do chip, é complexa e dispendiosa 2. Uma alternativa é a fabricação "aleatória", onde os sensores são posicionados arbitrariamente no chip, utilizando técnicas de automontagem em paralelo 2. Essa abordagem, exemplificada pela Illumina, utiliza beads funcionalizadas com assinaturas fluorescentes únicas, colocadas aleatoriamente em um cabo de fibra óptica.
Além do silício, outros materiais, como o PDMS (polidimetilsiloxano), são utilizados na fabricação de biochips 4. O PDMS é um elastômero transparente e flexível, com baixo custo e fácil de usar na microfabricação de lab-on-a-chip por moldagem. Sua permeabilidade ao ar facilita estudos de cultura celular, e a integração de microválvulas Quake permite a rápida mudança de fluxo 4.
Os chips biológicos e os chips de silício tradicionais diferem significativamente em sua arquitetura e funcionamento. Enquanto os chips de silício são baseados em transistores que operam em estados binários (0 ou 1), os chips biológicos utilizam neurônios vivos que se comunicam por meio de sinais elétricos e químicos complexos 5. Essa diferença fundamental oferece aos chips biológicos o potencial de processar informações de maneira mais eficiente e adaptável do que os chips de silício.
Uma das principais vantagens dos chips biológicos é sua capacidade de aprender e se adaptar a novas tarefas com notável eficiência 3. Essa capacidade de aprendizado se deve à plasticidade inerente aos neurônios biológicos, que podem formar novas conexões e modificar as existentes em resposta a estímulos. Em contraste, os chips de silício tradicionais possuem uma arquitetura fixa, com conexões predefinidas que limitam sua capacidade de adaptação.
Um exemplo da capacidade de aprendizado dos chips biológicos é o DishBrain, uma versão anterior do computador biológico da Cortical Labs, que continha 800.000 neurônios humanos e de camundongos em um chip CMOS e aprendeu sozinho a jogar Pong 1. Esse experimento demonstrou que os neurônios em um chip biológico podem aprender e se adaptar a um ambiente simulado, respondendo a estímulos e modificando seu comportamento para atingir um objetivo.
Outra vantagem potencial dos chips biológicos é sua eficiência energética. O cérebro humano, com seus bilhões de neurônios, consome apenas cerca de 20 watts de energia, enquanto os supercomputadores mais poderosos do mundo podem consumir megawatts 7. Essa diferença sugere que os chips biológicos podem ser significativamente mais eficientes em termos de energia do que os chips de silício, o que pode ter um impacto significativo no consumo de energia global. No entanto, é importante notar que o CL1, em sua versão atual, consome entre 850-1.000W de energia 1. Apesar de alto, esse consumo ainda é consideravelmente menor do que o de supercomputadores, e espera-se que a otimização da tecnologia leve a uma maior eficiência energética no futuro.