KAIST, DNA 기반 분자 컴퓨터 구현… 계산·기억 동시 수행 회로 개발

바이오 트랜지스터 설계… ‘리셋 없는’ 정보 처리 구조 구현

KAIST 연구진이 DNA를 활용해 계산과 정보 저장을 동시에 수행하는 분자 수준의 컴퓨터를 구현했다. KAIST는 공학생물학대학원 최영재 교수 연구팀이 DNA 기반 바이오 트랜지스터를 개발하고, 이를 통해 계산과 기억 기능을 동시에 수행하는 분자 회로를 구현했다고 22일 밝혔다. 이번 연구는 기존 DNA 회로의 한계를 개선한 새로운 정보 처리 구조를 제시한 것이 특징이다.

기존 DNA 기반 회로는 특정 입력에 반응한 뒤 소모되는 ‘일회성’ 구조로, 반복적인 연산이나 복잡한 정보 처리가 어려운 한계가 있었다. 연구팀은 입력 신호에 따라 DNA 분자의 결합과 분리가 일어나고, 그 상태가 유지되도록 설계해 이러한 문제를 개선했다. 이번 기술은 연산과 메모리 기능을 하나의 구조로 통합한 것이 핵심이다. DNA 분자의 구조 변화 자체가 정보로 저장되고, 이후 연산에도 활용될 수 있도록 설계돼 별도의 초기화 과정 없이 연속적인 정보 처리가 가능하다. 이는 ‘리셋 없는(reset-free)’ 회로 구조로 구현됐다.

연구팀은 반도체 핵심 소자인 트랜지스터 개념을 DNA 수준에서 구현했다. DNA 분자가 신호를 받아 계산을 수행하는 바이오 트랜지스터를 기반으로, 분자 수준에서 정보 처리와 저장이 가능한 구조를 설계했다. 이는 단순 화학 반응을 넘어, 분자가 스스로 정보를 처리하는 구조를 구현한 사례다. DNA는 염기 간 간격이 약 0.34나노미터로, 기존 반도체 공정보다 훨씬 작은 단위에서 정보 처리가 가능하다.

최근 반도체 기술이 2나노미터 수준에 도달하면서 초미세화 한계가 논의되는 가운데, 분자 수준 컴퓨팅 기술은 새로운 대안으로 연구가 확대되고 있다. 이번 연구에는 KAIST와 GIST 연구진이 공동 참여했으며, 결과는 국제 학술지 Science Advances에 게재됐다. 연구팀은 이번 기술이 향후 차세대 초소형 컴퓨터 개발과 질병 진단 등 바이오·의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.

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