Идея использовать ДНК не только как носитель генетической информации, но и как основу для вычислительных систем давно привлекает ученых. Эта молекула способна хранить колоссальные объемы данных — один грамм ДНК теоретически вмещает сотни миллионов гигабайт. Однако ключевая проблема заключалась в том, чтобы интегрировать биологические структуры в электронные устройства и заставить их работать стабильно и предсказуемо.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания заявили, что им удалось найти решение, объединив синтетическую ДНК с перовскитным полупроводником. В основе их подхода лежит использование коротких, специально спроектированных фрагментов ДНК, которые можно точно контролировать на наноуровне, а также кристаллического перовскита, широко применяемого в современной электронике. Такое сочетание позволило создать биогибридную систему, способную эффективно хранить и передавать информацию.
На базе этой технологии ученые разработали мемристор — элемент, который не только регулирует поток электричества, но и сохраняет информацию даже после отключения питания. В отличие от традиционных компонентов, такие устройства могут одновременно выполнять функции памяти и обработки данных, что делает их похожими на нейронные структуры мозга и особенно перспективными для нейроморфных вычислений и систем искусственного интеллекта.
Ключевую роль в новой разработке сыграла модификация ДНК с помощью наночастиц серебра. Этот процесс позволил придать молекуле проводящие свойства и сформировать упорядоченные структуры, которые легко интегрируются с перовскитными слоями. В результате удалось создать каналы, по которым электроны движутся стабильно даже при крайне низком напряжении, что существенно снижает энергопотребление устройства.
Эксперименты показали, что устройство работает при напряжении менее 0,1 вольта, демонстрирует устойчивость к изменениям направления тока и сохраняет стабильность даже при повышенных температурах. При этом оно способно функционировать неделями без деградации характеристик, что выгодно отличает его от существующих аналогов на основе перовскитов.
По словам авторов работы, сочетание ДНК и перовскита оказалось принципиально важным: ни один из компонентов по отдельности не обеспечивал столь высоких результатов. В итоге получилась система с высокой плотностью хранения данных и значительно меньшим энергопотреблением по сравнению с традиционными решениями, включая флеш-память.
Исследователи считают, что такие биогибридные технологии могут стать основой для нового поколения вычислительных систем, особенно в условиях стремительного роста нагрузки со стороны искусственного интеллекта. В дальнейшем команда планирует развивать эту концепцию и искать новые способы интеграции биологических структур в электронику, опираясь на принципы, уже заложенные самой природой.
Читать TechDigest в Google
