Генетический код любого живого существа — это не только основа жизни, но и потенциально революционный способ хранения данных. Теоретически один грамм ДНК может вместить 215 миллионов гигабайт информации, что в миллионы раз превышает возможности современных жестких дисков. Однако до недавнего времени учёные не могли эффективно заставить эту биологическую молекулу работать в электронных устройствах. Теперь команда исследователей из Университета штата Пенсильвания нашла способ обойти ограничения, создав прототип энергоэффективного накопителя на основе синтетической ДНК и кристаллического перовскита. Эта разработка может стать основой для принципиально новых систем обработки данных, которые будут быстрее, компактнее и экономичнее традиционных решений.
Ключевым прорывом стала не только сама идея использования ДНК, но и способ её интеграции с электронными компонентами. Исследователи создали специальную синтетическую ДНК из доступных в продаже молекул, сконструированных с помощью химической инженерии. Эти последовательности адаптированы под требования электронных схем и могут взаимодействовать с перовскитом — полупроводником, уже зарекомендовавшим себя в солнечных батареях, лазерах и других устройствах хранения. Сочетание этих двух материалов позволило создать уникальный резистор с памятью, известный как «мемристор». В отличие от обычных резисторов, которые теряют информацию при отключении питания, мемристоры сохраняют запись о предыдущей электрической активности, подобно нейронам в человеческом мозге.
Работа учёных опубликована в журнале Advanced Functional Materials и уже стала предметом патентной заявки. Эксперименты показали, что новый накопитель потребляет значительно меньше энергии по сравнению с традиционными аналогами, при этом сохраняя высокую плотность записи данных. Это открывает перспективы для создания более экологичных центров обработки данных, которые потребляют меньше электроэнергии и выделяют меньше тепла. Кроме того, такие системы могут быть полезны в устройствах с ограниченным энергопотреблением, например, в портативной электронике или устройствах для интернета вещей.
Однако до коммерческого внедрения новой технологии предстоит решить ряд технических и технологических задач. Во-первых, необходимо разработать методы массового производства синтетической ДНК и её интеграции с электронными компонентами. Во-вторых, требуется удешевить производство перовскита, который пока остаётся дорогим материалом. Тем не менее, даже на этом этапе разработка представляет собой важный шаг вперёд в области кросс-дисциплинарных исследований, объединяющих биологию, химию и электронику.
Эта разработка также подчеркивает растущий интерес к биологическим методам хранения данных. Несколько лет назад компания Microsoft уже экспериментировала с хранением данных в ДНК, но тогда технология оказалась слишком дорогой и сложной для практического применения. Нынешний прорыв показывает, что прогресс возможен, и в будущем такие системы могут стать основой для создания принципиально новых архитектур вычислительных устройств. Для читателей, следящих за развитием технологий, эта новость — ещё один знак того, что границы между живой природой и техникой становятся всё тоньше.
