Thought Leadership
Die Natur speichert Informationen extrem effizient: In einem Gramm DNA lassen sich theoretisch rund 215 Millionen Gigabyte Daten unterbringen – ein Wert, der selbst modernste Rechenzentren weit übertrifft.
Forschende der Pennsylvania State University arbeiten nun daran, dieses Potenzial technisch nutzbar zu machen. Ihr Ziel ist es, biologische Speichermoleküle mit elektronischen Bauteilen zu verbinden und so neue, energieeffiziente Computersysteme zu entwickeln (via Pressetext).
Brücke zwischen Biologie und Elektronik
Eine zentrale Herausforderung besteht darin, DNA mit klassischen Halbleitermaterialien kompatibel zu machen. Biologische Moleküle und elektronische Bauelemente folgen völlig unterschiedlichen Prinzipien.
Das Team der Pennsylvania State University kombiniert synthetisch hergestellte DNA mit einem Halbleitermaterial auf Perowskit-Basis. Perowskite kommen bereits in Solarzellen, Lasern und Speichersystemen zum Einsatz. Durch diese Verbindung entstand ein biohybrides System, das die hohe Informationsdichte der DNA mit den elektronischen Eigenschaften moderner Halbleiter verknüpft.
Memristor nach dem Vorbild des Gehirns
Auf Grundlage dieser Materialplattform entwickelten die Forschenden einen sogenannten Memristor. Dieses Bauelement vereint Datenspeicher und Verarbeitung in einer Einheit. Anders als herkömmliche Systeme, bei denen Speicher und Prozessor getrennt arbeiten, kann ein Memristor Informationen direkt dort verarbeiten, wo sie abgelegt sind.
Dieses Prinzip orientiert sich am menschlichen Gehirn. Neuronen speichern und verarbeiten Signale gleichzeitig, was eine besonders effiziente und parallele Informationsverarbeitung ermöglicht. Solche Ansätze werden unter dem Begriff neuromorphes Computing zusammengefasst.
Deutlich geringerer Energiebedarf
Besonders bemerkenswert ist der Energieverbrauch des neuen Systems. Nach Angaben der beteiligten Wissenschaftler benötigt der entwickelte Memristor rund hundertmal weniger Energie als herkömmliche Speichertechnologien wie Flash-Speicher. Gleichzeitig soll die Speicherkapazität höher sein.
Möglich wird dies durch die dichte Informationsspeicherung der DNA. Silbernanopartikel auf speziell angepassten DNA-Sequenzen dienen als Verbindung zum Perowskit-Halbleiter, der die elektronische Verarbeitung übernimmt.
Perspektiven für KI und Rechenzentren
Mit dem wachsenden Bedarf an Künstlicher Intelligenz steigt auch der Energiebedarf moderner Rechenzentren. Klassische Architekturen stoßen dabei zunehmend an Grenzen. Biohybride Systeme könnten künftig eine Alternative bieten, indem sie hohe Speicherdichte und geringe Leistungsaufnahme kombinieren.
Ob und wann diese Technologie kommerziell einsetzbar ist, bleibt offen. Klar ist jedoch: Die Verbindung von Biologie und Elektronik eröffnet neue Wege für leistungsfähigere und nachhaltigere Datenverarbeitungssysteme.
