Следующая революция в памяти: исследователи интегрировали ДНК в электронику

Исследователи из Университета штата Пенсильвания сообщили о разработке, соединяющей два, казалось бы, далеких мира — биологию и электронику. В исследовании, опубликованном в журнале «Advanced Functional Materials», команда представила компонент памяти, сочетающий синтетическую ДНК с полупроводниковым материалом под названием перовскит. В экспериментах устройство успешно сохраняло информацию при крайне низком энергопотреблении, что может стать основой для нового поколения экономичных накопителей данных.

Теоретически один грамм ДНК способен хранить около 215 миллионов гигабайт данных. Однако интеграция биологического материала в компьютерные системы сопряжена с трудностями. Исследователи решили эту проблему, используя синтетическую ДНК — короткие фрагменты, специально спроектированные для нужд электроники, и добавив к ним перовскит, широко применяемый в разработке солнечных элементов и лазеров.

Кавья С. Кармана, один из руководителей исследования, пояснила: «Биология и электроника — разные области. Нам потребовалось создать принципиально новую платформу материалов, позволяющую им работать беспрепятственно. Объединив возможности ДНК по хранению информации с электронными свойствами перовскитов, мы получили биологически-гибридную систему, меняющую подход к проектированию энергоэффективных компонентов памяти».

Команда создала мемристор — компонент, способный «запоминать» электрическую активность после прекращения подачи питания. Это позволяет совместить хранение и обработку данных в одном узле, исключая необходимость их постоянной передачи между блоками компьютера. Подобный принцип напоминает работу нейронов, что делает такие компоненты перспективными для нейроморфных вычислений, особенно актуальных в эпоху развития искусственного интеллекта.

Для активации ДНК исследователи добавили в структуру крошечные частицы серебра, что улучшило проводимость и упорядочило молекулярную структуру. Использование синтетических фрагментов позволило точно задавать их длину и состав, превращая ДНК из биологической макромолекулы в программируемую платформу наноматериалов.

В ходе тестов система стабильно работала при напряжении менее 0,1 вольта и предсказуемо реагировала на изменение направления тока. Устройство сохранило работоспособность при температурах до 121 градуса Цельсия, а при комнатной температуре оставалось активным более шести недель. По словам Бада Подела, одного из авторов работы, их устройство потребляет в 100 раз меньше энергии, чем традиционные флэш-накопители, при более высокой плотности хранения.

Исследователи подчеркнули, что именно синергия ДНК и перовскита обеспечила столь высокие показатели. В будущем команда планирует совершенствовать технологию и изучать новые способы интеграции биологических материалов в электронные системы.