DNA wchodzi do elektroniki. Naukowcy tworzą pamięć przyszłości

Zespół badaczy z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii zaprezentował urządzenie, które może wywrócić dotychczasowe myślenie o przechowywaniu danych. To biohybrydowy memrystor wykorzystujący syntetyczne DNA, który oferuje ogromną gęstość zapisu i radykalnie niższe zużycie energii niż klasyczne nośniki.

Kluczowym elementem projektu jest wykorzystanie DNA jako nośnika informacji w urządzeniu półprzewodnikowym. Naukowcy połączyli syntetyczne sekwencje DNA z materiałem znanym jako perowskit, stosowanym dotąd w fotowoltaice i optoelektronice. Efekt to memrystor, czyli element zdolny nie tylko przewodzić prąd, ale też zapamiętywać historię jego przepływu. Takie właściwości pozwalają jednocześnie przetwarzać i przechowywać dane bez konieczności ciągłego zasilania.

Nowa konstrukcja łączy świat biologii z elektroniką w sposób, który jeszcze niedawno pozostawał w sferze eksperymentów laboratoryjnych. Teraz zaczyna nabierać realnych kształtów.

W trakcie testów urządzenie zachowało stabilność w wysokich temperaturach sięgających ponad 120 stopni Celsjusza, a przy pracy w warunkach pokojowych działało nieprzerwanie przez wiele tygodni, wyróżniając się na tle wcześniejszych eksperymentów z podobnymi materiałami.

Setki milionów gigabajtów w jednym gramie

Największe wrażenie robi potencjalna gęstość zapisu. DNA od dawna uchodzi za jeden z najbardziej pojemnych nośników danych. W teorii jeden gram tej substancji może przechować setki milionów gigabajtów informacji. W praktyce oznacza to możliwość tworzenia pamięci o niewyobrażalnej pojemności przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii. Nowe urządzenie potrzebuje jej nawet stukrotnie mniej niż klasyczne pamięci flash.

Takie parametry mogą okazać się przełomowe dla centrów danych oraz systemów wymagających ogromnej mocy obliczeniowej. Wraz z rozwojem sztucznej inteligencji zapotrzebowanie na wydajne i energooszczędne magazyny danych rośnie w szybkim tempie.

Jak połączono biologię z półprzewodnikami

Proces stworzenia urządzenia wymagał precyzyjnego dopasowania materiałów. Badacze zmodyfikowali krótkie sekwencje DNA, a następnie wzbogacili je nanocząsteczkami srebra. Tak przygotowaną strukturę zintegrowano z cienkimi warstwami perowskitu.

Dzięki temu DNA zaczęło przewodzić prąd i tworzyć uporządkowane struktury zdolne do pracy w układzie elektronicznym, potencjalnie otwierając drogę do projektowania nowych komponentów, które nie mieszczą się w klasycznym podziale na elektronikę i biologię.

Komputery bliżej działania ludzkiego mózgu

Memrystory są od lat wskazywane jako fundament przyszłych systemów neuromorficznych. Ich sposób działania przypomina synapsy w ludzkim mózgu, gdzie przechowywanie i przetwarzanie informacji odbywa się równolegle. Nowa konstrukcja z DNA może przyspieszyć rozwój takich rozwiązań. W dłuższej perspektywie oznacza to bardziej zaawansowane systemy sztucznej inteligencji, zdolne do pracy na ogromnych zbiorach danych przy ograniczonym poborze energii.

Choć projekt pozostaje w fazie badań, jego znaczenie trudno zignorować. Połączenie materiałów biologicznych i półprzewodników może wyznaczyć nowy kierunek rozwoju elektroniki. Jeśli kolejne etapy badań potwierdzą stabilność i skalowalność rozwiązania, pamięci oparte na DNA mogą trafić z laboratoriów do realnych zastosowań, co jeszcze niedawno wydawało się jedynie wizją z filmów sci-fi.