Sumber ilustrasi: Magnific
19 Agustus 2026 11.05 WIB – Sains & Technology
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [19.08.2026] DNA adalah molekul yang menyimpan informasi genetik pada setiap organisme hidup. Kemampuan DNA dalam menyimpan informasi jauh melampaui fungsi biologis tersebut. Kepadatan penyimpanannya sangat tinggi, dengan satu gram DNA secara teoritis mampu menyimpan sekitar 215 juta gigabita data. Kemampuan tersebut membuat DNA menarik untuk diteliti sebagai material penyimpanan informasi bagi teknologi elektronik masa depan.
Kebutuhan terhadap teknologi penyimpanan yang semakin efisien menjadi semakin penting seiring berkembangnya kecerdasan buatan atau artificial intelligence (AI). Sistem AI membutuhkan kapasitas penyimpanan dan pemrosesan data yang besar, sementara peningkatan kemampuan komputasi biasanya diikuti oleh peningkatan konsumsi energi. Para ilmuwan karena itu mulai mencari material dan arsitektur komputasi baru yang mampu menyimpan lebih banyak informasi tanpa membutuhkan peningkatan daya dalam proporsi yang sama.
Sebuah penelitian dari Penn State menawarkan pendekatan yang tidak biasa dengan menggabungkan material biologis dan elektronik. Para peneliti menggunakan DNA sintetis bersama semikonduktor perovskit untuk menciptakan perangkat memori berdaya sangat rendah yang mampu menyimpan sekaligus memproses informasi. Penelitian tersebut dipublikasikan dalam jurnal Advanced Functional Materials dan telah menjadi subjek permohonan paten.
Tantangan utama dalam pendekatan tersebut berasal dari perbedaan mendasar antara DNA dan material elektronik. Molekul biologis tidak secara otomatis memiliki karakteristik yang dibutuhkan agar dapat bekerja sebagai bagian dari sebuah sirkuit elektronik. Tim Penn State karena itu harus mengembangkan platform material baru yang memungkinkan kedua jenis material tersebut berinteraksi secara stabil dan dapat dikendalikan.
Kavya S. Keremane, penulis korespondensi bersama dan peneliti pascadoktoral dalam ilmu dan teknik material di Penn State, menjelaskan bahwa biologi dan elektronik merupakan dua ranah berbeda. Menurut Keremane, menjembatani keduanya membutuhkan platform material baru yang memungkinkan komponen biologis dan elektronik bekerja secara mulus dalam satu sistem.
Para peneliti menggunakan dua komponen utama untuk membangun sistem tersebut. Komponen pertama berupa DNA sintetis yang dibuat dari molekul hasil rekayasa kimia dan disusun menjadi sekuens genetik pendek dengan karakteristik tertentu. Komponen kedua berupa perovskit kristalin, yaitu material semikonduktor yang sebelumnya telah digunakan dalam berbagai teknologi seperti sel surya, laser, dan perangkat penyimpanan data.
DNA sintetis yang digunakan dalam penelitian bukan sekadar DNA alami yang dipindahkan ke dalam perangkat elektronik. Sekuensnya dirancang secara khusus agar memiliki panjang, komposisi, struktur, dan karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan perangkat. Pendekatan tersebut memungkinkan DNA diperlakukan sebagai material nano yang dapat direkayasa, bukan semata-mata sebagai molekul pembawa informasi genetik.
Dengan menggabungkan DNA sintetis dan perovskit, tim membangun sebuah resistor memori atau memristor. Berbeda dengan resistor biasa, memristor dapat menyimpan informasi mengenai aktivitas listrik yang sebelumnya melewati perangkat. Bahkan setelah sumber daya dimatikan, perangkat masih dapat mempertahankan informasi mengenai arah arus listrik yang sebelumnya mengalir melaluinya.
Kemampuan memristor untuk mempertahankan informasi tersebut memungkinkan penyimpanan dan pemrosesan data dilakukan pada tempat yang sama. Arsitektur seperti ini berbeda dari banyak sistem komputasi konvensional yang memisahkan unit penyimpanan dan pemrosesan, sehingga data harus terus-menerus dipindahkan di antara keduanya. Perpindahan data tersebut menjadi salah satu sumber konsumsi energi dalam sistem komputasi modern.
Cara kerja memristor juga memiliki kemiripan dengan fungsi neuron dan hubungan antarneuron di dalam otak. Karena itu, teknologi tersebut berpotensi digunakan dalam komputasi neuromorfik, yaitu pendekatan komputasi yang berusaha meniru sejumlah prinsip kerja sistem saraf biologis. Sistem semacam ini dirancang untuk menangani banyak masukan secara bersamaan serta menggunakan informasi sebelumnya dalam melakukan pemrosesan berikutnya.
Bed Poudel, penulis korespondensi bersama dan profesor riset ilmu dan teknik material di Penn State, menjelaskan bahwa meningkatnya permintaan terhadap AI membutuhkan strategi baru untuk menciptakan perangkat dengan konsumsi daya rendah dan kapasitas penyimpanan tinggi. Menurut Poudel, AI dan berbagai teknologi baru diperkirakan akan semakin bergantung pada komputasi neuromorfik.
Salah satu persoalan dalam teknologi penyimpanan adalah bahwa peningkatan jumlah informasi yang disimpan biasanya membutuhkan lebih banyak energi. Poudel menjelaskan bahwa perangkat yang dikembangkan tim menunjukkan pola berbeda karena mampu menggunakan daya hingga 100 kali lebih sedikit sekaligus menawarkan kapasitas penyimpanan lebih tinggi dibandingkan perangkat penyimpanan tradisional seperti flash drive.
Untuk membuat DNA berfungsi dalam sistem elektronik, para peneliti menambahkan nanopartikel perak ke dalam lapisan sekuens DNA yang telah dirancang secara khusus. Lapisan DNA tersebut kemudian diintegrasikan dengan film tipis perovskit sehingga membentuk sistem bio-hibrida.
Penambahan nanopartikel perak dilakukan melalui teknik yang disebut doping. Dalam ilmu material, doping merupakan proses memasukkan sejumlah kecil material lain untuk mengubah atau menghasilkan karakteristik tertentu pada material utama. Dalam penelitian ini, nanopartikel perak membuat DNA mampu menghantarkan listrik sekaligus membantu unit-unit molekul DNA tersusun secara lebih teratur.
DNA sintetis memberikan keuntungan lain dibandingkan DNA alami. DNA alami terdiri atas untaian panjang yang mudah kusut sehingga oleh para peneliti digambarkan menyerupai spageti basah ketika ditangani. Struktur tersebut menyulitkan pengaturan molekul dengan presisi ketika hendak digunakan dalam film tipis elektronik.
Sebaliknya, potongan DNA sintetis dapat dibuat pendek dan kaku. Struktur semacam itu memungkinkan molekul ditempatkan dan diatur dengan jauh lebih presisi pada skala yang sangat kecil. Kemampuan untuk menentukan bentuk dan susunan molekuler tersebut menjadi penting ketika DNA digunakan sebagai bagian dari perangkat elektronik berukuran nano.
Neela H. Yennawar, profesor riset sekaligus direktur Biomolecular Interactions Core Facility di Penn State Huck Institutes of the Life Sciences, menjelaskan bahwa DNA yang direkayasa pada tingkat molekuler dapat memberikan organisasi struktural, konduktivitas listrik yang dapat disesuaikan, serta kontrol fungsional yang sulit diperoleh menggunakan DNA alami di dalam film tipis.
Menurut Yennawar, para peneliti dapat menggunakan komputasi untuk menentukan sekuens DNA yang diperlukan serta panjang yang sesuai, kemudian merancang molekul tersebut secara rasional. Struktur DNA selanjutnya dapat didoping secara sistematis menggunakan perak maupun ion lain serta direkayasa agar dapat berinteraksi dengan perovskit.
Pendekatan tersebut pada dasarnya mengubah cara DNA digunakan. Molekul yang secara alami berfungsi sebagai makromolekul biologis pembawa informasi genetik dapat direkayasa menjadi platform nanomaterial multifungsi yang dapat diprogram. Sifat DNA tidak hanya dimanfaatkan untuk kepadatan penyimpanannya, tetapi juga untuk kemampuan struktur molekulernya dalam dirancang secara presisi.
Ketika DNA yang telah didoping dengan perak digabungkan dengan perovskit, kedua material membentuk jalur bio-hibrida yang dapat mengarahkan aliran arus listrik melalui perangkat. Para peneliti menemukan bahwa elektron dapat bergerak secara andal ketika tegangan yang diberikan berada di bawah 0,1 volt.
Nilai tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan tegangan listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Stopkontak standar di Amerika Serikat, misalnya, beroperasi pada sekitar 120 volt. Perangkat bio-hibrida juga memberikan respons yang dapat diprediksi ketika arah arus listrik diubah, menunjukkan bahwa perilaku listriknya dapat dikendalikan.
Kombinasi DNA yang dirancang secara khusus dan perovskit juga menghasilkan stabilitas yang tinggi. Menurut tim peneliti, perangkat tetap beroperasi secara konsisten pada suhu yang mendekati 250 derajat Fahrenheit atau sekitar 121 derajat Celsius. Perangkat juga tetap berfungsi pada suhu ruangan selama lebih dari enam minggu.
Ketahanan tersebut dinilai melampaui standar kinerja perangkat penyimpanan memori berbasis perovskit yang telah ada. Stabilitas merupakan persoalan penting bagi perovskit karena material tersebut memiliki karakteristik elektronik yang menjanjikan tetapi sering menghadapi tantangan ketika harus mempertahankan kinerja dalam jangka panjang atau menghadapi perubahan kondisi lingkungan.
Tim juga melaporkan bahwa sistem baru tersebut dapat melakukan fungsi memori yang sama seperti teknologi sebanding dengan menggunakan hanya sepersepuluh dari jumlah daya. Efisiensi tersebut membuka kemungkinan penggunaan perangkat bio-hibrida pada sistem elektronik yang harus memproses informasi dalam jumlah besar tanpa menghasilkan kebutuhan energi yang sama besarnya.
Keremane menjelaskan bahwa penggunaan DNA atau perovskit secara terpisah tidak menghasilkan kinerja yang sekuat ketika keduanya digabungkan. Menurut Keremane, kombinasi kedua material tersebut menjadi faktor yang memungkinkan terciptanya kepadatan penyimpanan memori sangat tinggi dengan kebutuhan daya sangat rendah.
Temuan tersebut menunjukkan bahwa keunggulan perangkat tidak berasal dari satu material saja, melainkan dari interaksi antara karakteristik molekuler DNA dan sifat elektronik perovskit. DNA menyediakan struktur yang dapat diprogram dan sangat padat, sementara perovskit menyediakan karakteristik semikonduktor yang diperlukan untuk mengatur aliran listrik.
Konsep tersebut juga memperlihatkan kemungkinan baru dalam pengembangan elektronik yang terinspirasi oleh biologi. Alih-alih hanya meniru prinsip kerja organisme hidup menggunakan material elektronik konvensional, para peneliti mulai memasukkan molekul biologis atau molekul yang dirancang berdasarkan prinsip biologis langsung ke dalam perangkat elektronik.
Tim Penn State selanjutnya berencana meningkatkan teknologi tersebut serta mengeksplorasi penggunaan lain dari sistem elektronik yang terinspirasi biologi. Poudel menilai bahwa alam telah menyediakan berbagai solusi yang dapat dipelajari dan diterapkan manusia. Integrasi DNA ke dalam elektronik dalam penelitian tersebut memberikan gambaran mengenai kemungkinan yang dapat dikembangkan lebih jauh.
Penelitian tersebut melibatkan sejumlah ilmuwan dari Penn State dan University of Minnesota. Selain Keremane, Yennawar, dan Poudel, tim Penn State mencakup Luyao Zheng, Haodong Wu, Jiamao Zheng, Shashank Priya, dan Chiranth C. Ravi. Abhinav Gorthy dan Rashmi Jha dari University of Minnesota juga berkontribusi dalam penelitian.
Pengembangan teknologi tersebut mendapatkan dukungan dari U.S. National Science Foundation, National Institutes of Health, Penn State, dan University of Minnesota. Dukungan penelitian tersebut diarahkan pada pengembangan lebih lanjut sistem penyimpanan informasi dan elektronik yang menggabungkan prinsip biologis dengan ilmu material modern.
Penelitian Penn State menunjukkan bahwa DNA sintetis dapat direkayasa bersama semikonduktor perovskit menjadi perangkat memori bio-hibrida yang mampu menyimpan dan memproses informasi dengan kebutuhan energi sangat rendah. Dengan kemampuan beroperasi pada tegangan di bawah 0,1 volt, stabilitas pada suhu tinggi, daya tahan selama berminggu-minggu, serta konsumsi energi yang jauh lebih rendah dibandingkan teknologi penyimpanan konvensional, pendekatan tersebut membuka jalur baru menuju perangkat memori dan komputasi neuromorfik yang lebih hemat energi. Potensi terbesarnya berada pada kebutuhan komputasi masa depan, terutama ketika AI menuntut kapasitas penyimpanan dan pemrosesan data semakin besar tanpa membuat konsumsi energi meningkat dalam skala yang sama.
Diolah dari artikel:
“Scientists turn DNA into a memory device that uses 100x less power” oleh Penn State. (njd)
Note: This article was made as part of a dedicated effort to bring science closer to everyday life and to inspire curiosity in its readers.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260816044853.htm
