Ein einziges Gramm DNA kann etwa 215 Millionen Gigabyte an Daten speichern. Nun haben Wissenschaftler in den USA diesen biologischen Speicherriesen in ein funktionierendes elektronisches Bauteil verwandelt, ein Speichergerät, das 100-mal weniger Strom verbraucht als herkömmliche Designs. Der Durchbruch gelang an der Penn State, wo Forscher synthetische DNA mit einem Halbleiter kombinierten, um ein Gerät zu schaffen, das Informationen am selben Ort speichert und verarbeitet, eine Eigenschaft, die die Art und Weise, wie zukünftige Computer und Systeme der künstlichen Intelligenz gebaut werden, neu gestalten könnte.
Eine neue Materialplattform verbindet Biologie und Elektronik
Die Herausforderung war nie die Speicherkapazität. DNA ist unglaublich dicht, aber sie spielt nicht natürlich gut mit elektronischen Materialien zusammen. Das Team von Penn State löste dieses Problem, indem es eine neue Materialplattform aus zwei Teilen aufbaute. Einer ist synthetische DNA, hergestellt aus kommerziell erhältlichen, chemisch konstruierten Molekülen, die in kurze genetische Sequenzen angeordnet sind, die für spezifische elektronische Bedürfnisse entwickelt wurden. Der andere ist kristallines Perovskit, ein Halbleiter, der bereits in Solarzellen, Lasern und Datenspeichern verwendet wird.
Zusammen bilden diese Materialien ein bio-hybrides System, das laut den Forschern nahtlos funktioniert. Die Arbeit wurde in Advanced Functional Materials veröffentlicht und ist Gegenstand einer Patentanmeldung.
Ein Memristor, der sich wie ein Gehirn erinnert
Das Gerät selbst ist ein Memristor, eine Art Widerstand, der sich an die Richtung des vorherigen elektrischen Stroms erinnern kann, auch nachdem die Stromversorgung unterbrochen wurde. Gewöhnliche Widerstände, die in allem von Mobiltelefonen bis zu Raumfähren zu finden sind, verlieren ihre gespeicherten Informationen, wenn der Strom ausfällt. Memristoren tun das nicht. Diese Fähigkeit ermöglicht es, Informationen am selben Ort zu speichern und zu verarbeiten, ähnlich wie Neuronen im Gehirn funktionieren.
Dieses Design könnte gleichzeitige und ausgefeiltere Formen der Datenverarbeitung unterstützen. Die Forscher merken an, dass praktische kommerzielle Systeme immer noch genügend Speicherkapazität und elektrische Leistung benötigen würden, um kostspielig und ineffizient zu werden, ohne die Fähigkeit der DNA, enorme Mengen an Informationen auf sehr kleinem Raum zu packen und dabei wenig Energie zu verbrauchen.
Warum dies für den wachsenden Energiebedarf der KI wichtig ist
Mit der wachsenden Nachfrage nach künstlicher Intelligenz wird der Bedarf an neuen Strategien mit geringem Stromverbrauch dringend. Das Gerät von Penn State bietet einen Weg nach vorne, indem es die natürliche Informationsdichte der DNA mit den elektronischen Eigenschaften von Perovskit kombiniert. Das Ergebnis ist ein Speichergerät, das Rechenzentren und Computer der nächsten Generation erheblich energieeffizienter machen könnte. Obwohl sich die Technologie noch in einem frühen Stadium befindet, zeigt der Ansatz, dass Biologie und Elektronik auf eine Weise zusammenarbeiten können, die zuvor als unvereinbar galt.
