Todos os sistemas computacionais atuais são baseados na máquina universal de Turing, que é um modelo abstrato de um computador, que se restringe apenas aos aspectos lógicos do seu funcionamento (memória, estados e transições) e não à sua implementação física. Numa máquina de Turing pode-se modelar qualquer computador digital. Durante o século XX essa máquina foi implementada com diferentes substratos físicos, como válvulas, transistores independentes, circuitos integrados e posteriormente chips de alta densidade. Com exceção das válvulas, basicamente todo substrato físico que implementa o hardware de um computador, conforme concecbido no século XX, baseia-se então em transistores impressos em silício. Toda evolução no hardware de computadores, a partir da metade do século passado, consistiu basicamente em fazer esses transistores em silícios ficarem menores, mais rápidos, mais baratos e consumirem menos energia. Apesar dos incríveis avanços obtidos, eles estão muito próximos dos limits teóricos da física, no qual mais avanços se tornarão impossíveis. Assim iniciou uma busca por novos substratos físicos que pudessem servir de base para uma máquina de Turing e, assim, para os sistemas computacionais do futuro.

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Um dos substratos físicos que tem recebido maior destaque nas últimas décadas são as biomoléculas, ou moléculas químicas orgânicas. A partir de moléculas químicas é possível construir componentes eletrônicos, como transistores e, partir deles, uma nova plataforma de hardware. Contudo, a bioeletrônica, como é chamada, é apenas uma opção relacionada às biomoléculas. A computação baseada em DNA utiliza especificamente o DNA para codificar problemas de análise combinatória, e dada uma codificação coerente, a computação ocorre expontaneamente. Porém, essas técnicas são análogas a projetar a solução de um problema utilizando apenas hardware, e não um sistema computacional, composto de hardware e software, ou melhor, elementos lógicos (cyber) e físicos. Uma nova área de pequisa, chamada biocomputação, e mais recentemente a biologia sintética, possui vertentes que parecem mais promissoras, como a utilização de organismos vivos primitivos como base de uma nova plataforma de hardware (ou substrato físico) para execução de elementos lógicos (ex: software), ou seja, a engenharia que transformará um organismo vivo numa unidade genérica de processamento (CPU), capaz de executar de forma confiável diferentes fluxos de instrução (threads).