Ученые соединили живую молекулу с чипом и получили нечто неожиданное
Ученые объединили синтетическую ДНК с полупроводником и создали энергосберегающее устройство памяти для будущих технологий.
Исследователи соединили синтетическую ДНК с полупроводником и создали устройство памяти, потребляющее в разы меньше энергии, чем привычные технологии. Новый биогибридный материал может сделать будущие системы искусственного интеллекта гораздо экономнее энергии. Исследователи говорят, что привычная электроника просто не выдерживает конкуренции с природной плотностью записи информации, которую имеет ДНК.
Ученые нашли способ встроить ДНК в электронику и получили устройство памяти, способное хранить огромные объемы данных, затрачивая минимум электричества. Разработка может изменить подход к созданию чипов для искусственного интеллекта, которые сегодня потребляют все больше энергии.
Ученые из Пенсильванского университета объединили синтетическую ДНК с полупроводником перовскитом и получили ранее не существовавший материал, сообщает ScienceDaily. Оказалось, что именно комбинация этих двух компонентов дала результат, которого ни один из них не мог достичь отдельно.
Главный факт исследования таков: новое устройство памяти потребляет в сто раз меньше энергии, чем традиционные системы хранения данных, и одновременно имеет более высокую плотность записи, чем обычные флешки. Один грамм ДНК теоретически способен вместить около 215 миллионов гигабайтов информации – это гораздо больше по возможности любого современного цифрового носителя.
[МЕСТО ДЛЯ ФОТО: молекула ДНК на фоне микрочипа; Один грамм ДНК теоретически может вместить 215 миллионов гигабайтов данных.
Проблема заключалась в том, что биологическая ДНК и электронные материалы плохо "общаются" между собой. Поэтому ученые не стали использовать природную ДНК, а создали ее синтетический аналог – химически сконструированные молекулы, собранные в короткие генетические последовательности под конкретные электронные задачи. Вторым компонентом стала кристаллическая перовскотная пленка, которую уже применяют в солнечных панелях, лазерах и накопителях данных.
"Биология и электроника - это разные миры. Сочетание этих двух отраслей требовало создания совершенно новой материальной платформы, которая позволяет им работать вместе беспрепятственно. Соединив способность ДНК хранить информацию с выдающимися электронными свойствами первичных полупроводников, мы создали биогибридную систему, коренным образом изменяющую подход к созданию маломощных процессов. Кофейня Керемане.
Из этих материалов команда изготовила мемристор – разновидность резистора памяти, работающего на минимуме энергии. Обычные резисторы поддерживают стабильное сопротивление тока в устройствах от телефонов до космических челноков, но теряют всю информацию, как только исчезает питание. Мемристоры устроены иначе: они "запоминают" направление предыдущего тока даже после отключения питания.
Эта способность позволяет хранить и обрабатывать информацию в одном и том же месте – подобно тому, как работают нейроны в мозге человека. Такое решение может сразу же поддерживать параллельную и более сложную обработку данных. По словам исследователей, обычные коммерческие системы потребовали бы слишком много памяти и электроэнергии, чтобы стать рентабельными, и именно здесь помогает уникальная способность ДНК вмещать огромные объемы информации в крохотном пространстве, тратя мало энергии.
Исследователь Бед Поудел отметил, что искусственный интеллект и другие технологии будущего все больше будут зависеть от нейроморфных вычислений – систем, работающих по принципу, похожему на человеческий мозг. Такие системы могут одновременно оценивать несколько входных сигналов, принимая решения на основе предыдущего опыта и будущих приоритетов.
"Обычно для хранения большего объема информации требуется больше энергии. Наше устройство потребляет в сто раз меньше энергии, а его емкость хранения выше, чем у традиционных накопителей вроде флэш-дисков", - пояснил Поудел.
Чтобы создать устройство, исследователи добавили наночастицы серебра к слою специально сконструированных последовательностей ДНК, после чего соединили этот слой с тонкими пленками перовскита. Технология называется "допирование" - это введение небольшого количества постороннего материала для получения новых свойств. В этом случае наночастицы серебра позволили ДНК проводить электрический ток, а также помогли молекулярным цепочкам выстроиться в более упорядоченную структуру.
Синтетическая ДНК имеет еще одно преимущество над природной – ее можно точно настраивать под нужные электронные параметры, тогда как природные молекулы для этого не приспособлены. Новое устройство выдерживало температуры до почти 250 градусов по Фаренгейту и оставалось стабильным при комнатной температуре более шести недель, что существенно превышает показатели современных перовскотных накопителей.
Пока разработка находится на этапе патентной заявки и научных публикаций, так что до появления в коммерческих устройствах может пройти еще немало времени. Но направление, в котором движутся исследователи, показывает, что будущее энергоемких технологий как искусственный интеллект может зависеть не только от новых чипов, но и от неожиданных решений, подсказанных самой природой.
