ROM القائم على DNA
مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) وشركة أبحاث أشباه الموصلات (SRC) تستثمر 12 مليون دولار في تطوير فئة جديدة من الذاكرة والتقنيات الأخرى - على وجه الخصوص ، الذاكرة الدائمة القائمة على الحمض النووي ، والذاكرة على الحمض النووي (NAM) والشبكات العصبية القائمة على خلايا الخميرة.
سميت المبادرة البيولوجيا الاصطناعية شبه الموصلة لتقنيات معالجة المعلومات وتخزينها ، SemiSynBio. SemiSynBio هو مشروع مشترك بين NSF و SRC.
الذاكرة الحالية موثوقة ورخيصة ، ولكن لها قيود معينة. تعمل الصناعة على موجة من أنواع الذاكرة من الجيل التالي - ذاكرة
الوصول العشوائي المغناطيسية (MRAM) ،
ذاكرة حالة الطور ، وذاكرة مقاومة الوصول العشوائي (ReRAM). إنها ذاكرة غير متطايرة مع متانة غير محدودة.
يعمل الباحثون أيضًا على مجموعة متنوعة من أنواع الذاكرة البيولوجية. إن الهياكل البيولوجية المقترنة بتقنية أشباه الموصلات قادرة على تخزين بيانات أكثر 1000 مرة من التقنيات الحالية ، والاحتفاظ بهذه البيانات لمائة عام أو أكثر ، مع استهلاك طاقة أقل.
على سبيل المثال ، تعمل الصناعة على تقنيات تخزين الأرشيف باستخدام
حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA). DNA هو منصة واعدة لتخزين المعلومات في الجيل التالي من الأجهزة الإلكترونية. لا يتحلل الحمض النووي بمرور الوقت وهو مضغوط للغاية. يمكن استخدامه لتخزين كمية كبيرة من البيانات بكمية صغيرة جدًا لفترة طويلة جدًا.
يستخدم الباحثون الحمض النووي ، وهو الجزيء الرئيسي الذي يشفر المعلومات الوراثية في علم الأحياء ، ككتلة بناء قابلة للبرمجة - الكتلة الجزيئية LEGO - لإنشاء مواد معقدة ذات خصائص خاصةتعمل المزيد والمزيد من الشركات على تخزين المعلومات في الحمض النووي. على سبيل المثال ، في العام الماضي ، تمكنت Twist Bioscience و Microsoft وجامعة واشنطن من حفظ التسجيلات الصوتية لاثنين من العروض الموسيقية في مهرجان مونترو لموسيقى الجاز في ذاكرة DNA.
في أجهزة الكمبيوتر ، يتم تخزين وحدات المعلومات الفردية في شكل أصفار وأخرى ، رمز ثنائي. تشفر جزيئات الحمض النووي المعلومات من خلال تسلسل الوحدات الفردية. في جزيئات الحمض النووي ، هذه الوحدات هي أربع قواعد نوية مختلفة:
الأدينين (أ) ،
السيتوزين (ج) ،
الغوانين (ز)
والثيمين (ت).
لترميز الموسيقى إلى نسخ من الحمض النووي مخصصة لتخزين الأرشيف ، طورت Twist Bioscience و Microsoft وجامعة واشنطن عملية من أربع خطوات: ترميز الحمض النووي وتوليف الحفظ والاستخراج وفك التشفير.
ولكن هناك العديد من العقبات التقنية والأساسية التي تحول دون تنفيذ تخزين الحمض النووي.
اخترعت الصناعة برنامج SemiSynBio للتغلب على هذه المشاكل. في أحد مشاريع هذه المبادرة ، تقوم جامعة كاليفورنيا في ديفيس وجامعة واشنطن وجامعة إيموري بتطوير أقراص مدمجة تعتمد على الحمض النووي. الهدف هو إنشاء جهاز يمكن برمجته حسب الرغبة ، وقراءته إلكترونيًا ، ودمجه مع أشباه الموصلات التقليدية ، مما يوفر تخزينًا طويل الأمد واسترجاع البيانات. تحقيقا لهذه الغاية ، طور الباحثون العديد من التقنيات:
- أسلاك DNA. سيتم زراعتها باستخدام عملية التجميع الذاتي من الأسفل إلى الأعلى ، مع الإضافات الجزيئية والأيونية ، والنمو المزخرف للهياكل غير العضوية.
- قواعد لتطوير خلايا الذاكرة القائمة على الحمض النووي متعدد المستويات.
- تطوير ROMs المترابطة عبر DNA.
بالإضافة إلى DNA ROM ، تمول SemiSynBio أيضًا مشاريع أخرى - أنظمة تخزين البيانات على شريحة بمقياس نانومتر باستخدام DNA خيمري ، وتخزين البيانات في DNA باستخدام القراءة المستندة إلى المسامات النانوية ، والذاكرة على الحمض النووي ، والإلكترونيات الحيوية القائمة على تفاعلات الأكسدة والاختزال. الخميرة هي شبكات عصبية تعتمد على الاتصالات بين خلايا الخميرة.
كجزء من البرنامج ، تقوم جامعة أيداهو في بويز بتطوير ذاكرة الحمض النووي (NAM). لديهم بالفعل نموذجين إعلاميين - NAM الرقمي (dNAM) و NAM التسلسلي (seqNAM).
"في dNAM ، يتم ترميز المعلومات من خلال توجيه مكاني محدد لتسلسلات DNA فوق البنية النانوية لأوريجامي DNA التي يمكن التعامل معها والتي تسمى عقد تخزين NAM. قال NSF: يوفر Origami DNA طريقة ملائمة ونهجًا مثبتًا للنماذج الأولية السريعة والفعالة للهياكل العقدية NAM. "في seqNAM ، يتم ترميز المعلومات في قطع من شرائح البيانات الموجودة في سلاسل جزيئية منفصلة."
قال Dawn Tilbury ، مساعد مدير الهندسة في NSF: “لقد تطورت القدرات التي نمتلكها اليوم بشكل كبير مقارنة بعقود قليلة ، لكن مواد مثل السيليكون لها قيود مادية تعيق الحسابات على نطاقات صغيرة جدًا. تشير المواد والمخططات القائمة على علم الأحياء إلى فرص مثيرة للاهتمام للغاية يمكنها التغلب على هذه العقبات ، علاوة على ذلك ، بتكاليف طاقة أقل ".
وأضاف إروين جيانتشانداني ، نائب المدير المؤقت لعلوم الكمبيوتر والمعلومات والهندسة في NSF: “ستمهد هذه الدراسة الطريق للأجهزة التي تتمتع بقدرات تخزين أكبر بكثير ومتطلبات طاقة أقل بكثير. تخيل ، على سبيل المثال ، أنه يمكننا تسجيل جميع محتويات
مكتبة الكونغرس على جهاز بحجم أظافرك ".
ركائز OxRAM
قدم مختبر الإلكترونيات وتكنولوجيا المعلومات (LETI) التابع لـ CEA Tech ومركز خدمة CMP ، الذي يقوم بتصميم نماذج وتصنيع مجموعات صغيرة من الدوائر المتكاملة والدوائر
الكهروميكانيكية الدقيقة ، أول عملية صناعية لإنتاج ركائز متعددة الأغراض (رقاقة مشاريع متعددة ، MPW) لتصنيع أجهزة OxRAM مقاس 200 مم المنصة.
OxRAM هي ذاكرة جديدة غير متطايرة ، وهي مجموعة فرعية من الذاكرة المقاومة (ReRAM). بشكل عام ، هناك نوعان رئيسيان من ReRAM - ReRAM مع نقص الأكسجين و CBRAM. تُعرف ReRAM التي تعاني من نقص الأكسجين باسم ReRAM المعتمد على الأكسيد ، أو OxRAM. يمكن استخدام OxRAM كذاكرة داخلية على وحدات التحكم الدقيقة أو المنتجات من مجال الأمان ، وكذلك لتسريع عمل الذكاء الاصطناعي والحسابات العصبية.
هيكل OxRAMإنتاج ركائز متعددة الأغراض يذهب إلى خط 200 مم LETI CMOS. تتيح الخدمة تطوير OxRAM. تتضمن مجموعة من الأقنعة تسمى "Memory Advanced Demonstrator" (MAD) باستخدام تقنية OxRAM. ستعتمد المنصة التكنولوجية الجديدة على طبقات نشطة من أكاسيد الهافنيوم مع إضافة التيتانيوم. تأتي هذه التكنولوجيا كاملة مع أمثلة تصميم عملية ، بما في ذلك التخطيطات ومراقبة الجودة والمحاكاة. يتم توفير مكتبات بها عدد كبير من المكونات الكهروضوئية النشطة والسلبية.
قال Etienne Novak ، رئيس مختبر LETI Advanced Memory Laboratory: "تعتمد هذه الميزة ، إلى جانب منصة معيد الذاكرة المتقدمة لدينا ، على مجموعة كبيرة من الأدوات التي تسمح لنا بإجراء دراسات مختلفة مع شركائنا ، وتوفر القدرة على التحقق من فعالية الحلول المختلفة في مجال الذاكرة غير المتطايرة" .
وأضاف جان كريستوف كريبير ، مدير CMP: "هذه فرصة للعديد من الجامعات والشركات الناشئة والشركات الصغيرة في فرنسا وأوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا للاستفادة من التكنولوجيا والخدمات الجديدة."
الفحص المجهري البيولوجي
تلقت
IMEC منحة قدرها 1.5 مليون يورو لتطوير الفحص المجهري الصغير للغاية القائم على الضوئيات على رقاقة وأجهزة استشعار الصورة على CMOS. ستقوم IMEC بتطوير تقنية تسمى الفحص المجهري المتكامل على رقاقة ذات إضاءة هيكلية عالية الدقة (IROCSIM). يمكن استخدام هذه التكنولوجيا في [دراسة] الحمض النووي والبيولوجيا والطب.
قال نيلز ويريلين ، كبير باحثي الضوئيات ومدير المشروع في IMEC: "إن الفحص المجهري المضغوط عالي الأداء عالي الدقة سيؤدي إلى تغييرات كبيرة في مجال البحث البيولوجي ، في تسهيل الوصول إلى تكنولوجيا تسلسل الحمض النووي ، في تشخيص بعض الأمراض ، في دراسة الأدوية الجديدة في علم الأدوية ، وتشخيص المرضى في الأماكن النائية. "