Природная ДНК обладает огромной емкостью, способной сохранить до 215 миллионов гигабайт информации в одном грамме вещества. Но интеграция биологического материала в электронные устройства очень сложна из-за их фундаментальной несовместимости. Исследователи в новой работе,опубликованной в журнале Advanced Functional Materials справились с этой задачей. Они соединили химически модифицированные фрагменты синтетической ДНК с тонкой пленкой кристаллического перовскита — полупроводника, широко применяемого в солнечных батареях.
Ученые превратили ДНК в устройство хранения данных, потребляющее в 100 раз меньше энергии
Ученые из Пенсильванского университета создали гибридное устройство на основе синтетической ДНК и перовскита. Устройство объединяет обработку и хранение информации, как и нейроны головного мозга. Главное достижение технологии — высокая плотность записи и низкое энергопотребления: в 100 раз меньше по сравнению с традиционными флеш-накопителями.
ДНК. https://www.yourgenome.org/
Технология хранения на основе ДНК способна решить проблему глобального дефицита компьютерной памяти и снизить энергопотребление дата-центров. По существующим оценкам, все накопленные человечеством цифровые данные теоретически можно разместить в нескольких килограммах синтетической ДНК. При этом молекулы ДНК способны сохранять записанную информацию без потерь и затрат энергии на протяжении тысяч лет при соблюдении базовых условий хранения.
Исследователи создали синтетическую ДНК и интегрировали ее в полупроводниковый материал с целью увеличения объема хранения данных в передовых материалах. На снимке внутренние двумерные структуры синтетической ДНК видны под оптическим микроскопом. Penn State
Чтобы ДНК проводила электричество ее легировали наночастицами серебра. В результате сформировались стабильные гибридные каналы, проводящие ток. Новое устройство сохраняет данные после отключения питания и управляется напряжением менее 0,1 вольта. Устройство демонстрирует высокую надежность: оно успешно функционирует при температурах до 120 градусов Цельсия и сохраняет рабочие характеристики в течение многих недель.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Перспективы для искусственного интеллекта
Слева направо: Кавья С. Керемане, постдокторант в области материаловедения и инженерии; Нила Х. Йеннавар, профессор-исследователь и директор Центра биомолекулярных взаимодействий при Институтах наук о жизни имени Хака Пенсильванского государственного университета; и Бед Поудел, профессор-исследователь в области материаловедения и инженерии. Penn State
Внедрение биомолекулярных платформ открывает новые горизонты для нейроморфных вычислительных систем, имитирующих работу человеческого мозга. Рост мощности систем искусственного интеллекта требует перехода к энергоэффективным архитектурам, способным параллельно обрабатывать огромные массивы данных. Синтетическая ДНК благодаря короткой и жесткой структуре позволяет с нанометровой точностью выстраивать архитектуру материалов, что невозможно при использовании длинных и спутанных молекул природного происхождения.
«Биология и электроника — это разные области, — отметила ведущий автор работы Кавья С. Керемане. — Объединив возможности хранения информации, которые природа дала ДНК, и исключительные электронные свойства перовскитов, мы создали гибридную систему, которая меняет принципы проектирования устройств памяти». Авторы планируют усовершенствовать технологию и изучить другие варианты применения биологических структур в микроэлектронике.
Загружаем