Ученые из Пенсильвании разработали электронное устройство, обладающее уникальной способностью биологической ДНК хранить данные с высокой плотностью при минимальных затратах энергии — в 100 раз меньше, чем флеш-накопитель.
ДНК в мемристоре
В Университете штата Пенсильвания (США) представлен биогибридный мемристор (резистор с памятью). Эта разработка открывает путь к созданию маломощных запоминающих устройств для электроники следующего поколения.
Исследователи успешно интегрировали биологическую молекулу ДНК (содержащую генетические инструкции для всех живых организмов) в электронные системы.
Основу устройства составляют два ключевых компонента: синтетическая ДНК и кристаллический перовскит — полупроводник, широко применяемый в солнечных батареях, лазерах и системах хранения данных.
Природные свойства ДНК позволят электронике хранить большие объемы данных, ускорить их обработку и работать со сложной информацией.
Разработанное устройство демонстрирует в 100 раз меньшее энергопотребление при большей емкости памяти по сравнению с традиционными решениями, такими как флеш-накопители, отметил профессор материаловедения и инженерии Бед Пудел (Bed Poudel), соавтор исследования.
Испытания подтвердили стабильность мемристора при температурах до 121 градуса Цельсия и его работоспособность при комнатной температуре свыше шести недель. Эти показатели превосходят характеристики современных запоминающих устройств на основе перовскита.
Объединение биологии и электроники
ДНК представляет собой исключительно плотный носитель информации. Всего один грамм способен вместить около 215 млн ГБ данных при минимальных энергозатратах. Использование этих свойств в электронике сделает ЦОД значительно эффективнее, ускорит обработку данных и откроет возможности для работы с более сложной информацией.
Для успешного объединения биологии и электроники потребовалась разработка совершенно новой материальной платформы, обеспечивающей их совместную бесперебойную работу, пояснила Кавья С. Керемане (Kavya S. Keremane), соавтор и научный сотрудник в области материаловедения и инженерии.
Синтетическая ДНК была создана из химически модифицированных коротких последовательностей, специально спроектированных для выполнения конкретных электронных функций.
Для создания устройства ученые добавили наночастицы серебра к последовательностям ДНК и соединили их с тонкими слоями перовскита. Этот метод, известный как легирование и применяемый для регулировки свойств материала, позволил ДНК проводить электричество и формировать более упорядоченную структуру.
Перовскит относится к титанату кальция и обладает кристаллической структурой. Он был впервые обнаружен в России — на Урале, в середине XIX века, и назван в честь Льва Перовского, основателя Русского географического общества.
Будущее энергоэффективных технологий
Обычные резисторы управляют потоком электричества, но теряют сохраненную информацию при отключении питания.
Мемристоры способны хранить и обрабатывать информацию в одном месте, напоминая принцип работы нейронов в мозге. Это делает их крайне перспективными для передовых вычислительных систем. Мемристоры сохраняют информацию и запоминают направление предыдущего тока даже после его отключения. Однако их широкое применение пока ограничено объемами памяти и энергоэффективностью.
Искусственный интеллект и технологии будущего будут все активнее использовать нейроморфные вычисления. Подобно человеческому мозгу, они могут одновременно анализировать множество входных данных и принимать решения, основываясь на прошлом опыте и будущих приоритетах, уверен Пудел.
Российские специалисты из Московского физико-технического института (МФТИ) в июне 2024 года приступили к созданию первого в России нейристора (искусственного нейрона) для нейроморфного компьютера.
Источник: biz.cnews.ru
