Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Penn State στις ΗΠΑ κατάφερε κάτι που έως πρόσφατα ανήκε στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας: συνδύασε συνθετικό DNA με έναν ημιαγωγό για να δημιουργήσει μια συσκευή μνήμης εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, ικανή να αποθηκεύει και να επεξεργάζεται πληροφορίες στο ίδιο σημείο.
Το πρόβλημα που έπρεπε να λυθεί
Καθώς η ζήτηση για τεχνητή νοημοσύνη αυξάνεται συνεχώς, οι υπάρχουσες τεχνολογίες μνήμης αντιμετωπίζουν ένα σοβαρό εμπόδιο: περιορισμένη χωρητικότητα αποθήκευσης σε συνδυασμό με υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Όπως εξήγησε ο Bed Poudel, συνεπικεφαλής ερευνητής και καθηγητής επιστήμης υλικών στο Penn State, «καθώς η ζήτηση για τεχνητή νοημοσύνη αυξάνεται, χρειαζόμαστε μια νέα στρατηγική για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης και υψηλής αποθήκευσης».
Η λύση που βρήκαν βασίζεται σε κάτι που η ίδια η φύση έχει ήδη τελειοποιήσει εδώ και εκατομμύρια χρόνια: το DNA, το πιο αποδοτικό μόριο αποθήκευσης δεδομένων στον πλανήτη, ικανό να συγκρατήσει τεράστιες ποσότητες πληροφορίας σε ελάχιστο χώρο.
Πώς λειτουργεί η νέα συσκευή
Οι ερευνητές συνδύασαν το μηχανικά σχεδιασμένο συνθετικό DNA με ημιαγωγούς περοβσκίτη (perovskite) — ένα υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλιακά κύτταρα και άλλες ηλεκτρονικές εφαρμογές. Το αποτέλεσμα ονομάζεται μεμριστής (memristor): μια συσκευή που θυμίζει τη λειτουργία των νευρώνων στον ανθρώπινο εγκέφαλο, καθώς μπορεί να αποθηκεύει και να επεξεργάζεται δεδομένα ταυτόχρονα, στο ίδιο σημείο.
Το πιο εντυπωσιακό εύρημα ήταν η δραστική μείωση της τάσης λειτουργίας: όταν η ομάδα εφάρμοσε λιγότερο από 0,1 volt — σε σύγκριση με τα 120 volt μιας συνηθισμένης πρίζας στις ΗΠΑ — τα ηλεκτρόνια κινούνταν αξιόπιστα μέσα στο σύστημα. Η συσκευή εκτελούσε τις ίδιες λειτουργίες μνήμης με τις υπάρχουσες τεχνολογίες, καταναλώνοντας όμως πολύ λιγότερη ενέργεια.
Η γέφυρα ανάμεσα σε βιολογία και ηλεκτρονική
Η Kavya S. Keremane, μεταδιδακτορική ερευνήτρια και συνεπικεφαλής της μελέτης, τόνισε τη δυσκολία του εγχειρήματος: «Η βιολογία και η ηλεκτρονική είναι διαφορετικά πεδία. Η γεφύρωση αυτών των δύο τομέων απαιτούσε την ανάπτυξη μιας εντελώς νέας πλατφόρμας υλικών που τους επιτρέπει να λειτουργούν απρόσκοπτα μαζί». Όπως εξήγησε, το προσαρμοσμένο DNA προσφέρει δομική τάξη, ρυθμιζόμενη ηλεκτρική αγωγιμότητα και λειτουργικό έλεγχο στη συσκευή.
Τι σημαίνει αυτό για το μέλλον
Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη ενεργειακά αποδοτικότερων συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης και υπολογιστών νευρομορφικής αρχιτεκτονικής — συστημάτων δηλαδή που μιμούνται τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου. Καθώς η ενεργειακή κατανάλωση των κέντρων δεδομένων και των συστημάτων AI αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης τεχνολογίας, η ανακάλυψη αυτή ανοίγει νέους δρόμους για πιο βιώσιμη υπολογιστική.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Functional Materials και υποστηρίχθηκε από το National Science Foundation (NSF), τα National Institutes of Health (NIH), το Penn State και το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα.