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Il DNA entra nelle memorie e potrebbe tagliare i consumi
Un gruppo di ricerca della Penn State ha realizzato un dispositivo di memoria bioibrido che integra DNA sintetico e materiali elettronici. Il prototipo, descritto sulla rivista Advanced Functional Materials e oggetto di una domanda di brevetto, conserva informazioni anche senza alimentazione e potrebbe ridurre l'energia richiesta dai sistemi destinati a elaborare grandi quantità di dati.
Il componente è un memristore, cioè un dispositivo la cui resistenza elettrica dipende dalla corrente che lo ha attraversato in precedenza. Questa proprietà permette di mantenere memoria dello stato raggiunto dopo la rimozione dell'alimentazione. Dati ed elaborazione possono quindi risiedere nello stesso elemento, evitando alcuni continui trasferimenti di informazioni richiesti dalle architetture informatiche convenzionali.
Il DNA è interessante anche come supporto estremamente denso: secondo le stime riportate dai ricercatori, un solo grammo potrebbe contenere circa 215 milioni di gigabyte. Il gruppo non ha però impiegato lunghe molecole naturali, difficili da disporre ordinatamente, ma brevi sequenze progettate al computer con composizione e lunghezza controllate. In questo modo il materiale biologico diventa una piattaforma nanometrica programmabile, più semplice da integrare in film sottili.
Per rendere conduttive le sequenze, gli scienziati le hanno dopate con nanoparticelle d'argento. L'aggiunta degli ioni favorisce anche un allineamento più ordinato delle unità molecolari. Lo strato così ottenuto è stato combinato con film di perovskite, un semiconduttore già studiato per celle solari, laser e memorie. Insieme, i due materiali formano percorsi bioibridi capaci di guidare il flusso della corrente.
Durante gli esperimenti gli elettroni si sono mossi in modo affidabile applicando meno di 0,1 volt, mentre il dispositivo ha risposto prevedibilmente all'inversione della corrente. Il prototipo ha continuato a funzionare a temperature prossime a 121 °C ed è rimasto operativo a temperatura ambiente per oltre sei settimane. Usare separatamente il DNA o la perovskite non ha prodotto una risposta altrettanto robusta, secondo il gruppo.
La capacità di conservare e trattare informazioni nello stesso punto avvicina il componente ai principi del calcolo neuromorfico, nel quale l'hardware riproduce alcune caratteristiche funzionali delle reti neuronali. Simili architetture possono valutare più segnali in parallelo e sfruttare gli stati precedenti durante l'elaborazione, una prospettiva utile per sistemi di intelligenza artificiale con crescenti esigenze energetiche.
Gli autori riferiscono consumi fino a 100 volte meno energia rispetto alle memorie tradizionali; nella descrizione dei test compare anche un confronto pari a un decimo dell'energia richiesta da tecnologie comparabili, indicando che il vantaggio dipende dal riferimento adottato. Si tratta comunque di un prototipo di laboratorio: lo studio non dimostra ancora densità effettiva, durata pluriennale, costi industriali o produzione su larga scala paragonabili alle memorie commerciali.
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