Pamięć oparta na DNA rewolucją w przechowywaniu danych
Pamięć oparta na DNA to przełomowe rozwiązanie dla globalnego kryzysu magazynowania danych cyfrowych przez dziesiątki dekad.
.Świat tonie w cyfrowych informacjach, a tradycyjne metody ich magazynowania powoli osiągają swoje fizyczne granice. W obliczu narastającego kryzysu pojemnościowego i energetycznego naukowcy zwracają się ku rozwiązaniu doskonalonemu przez naturę od miliardów lat. Przełomowa pamięć masowa oparta na DNA może okazać się kluczem do zmieszczenia całej wiedzy ludzkości w przestrzeni wielkości pudełka po butach.
Koncepcja zapisu danych w biologicznych nośnikach jest równie prosta, co genialna. Cząsteczka kwasu deoksyrybonukleinowego to jeden z najbardziej kompaktowych, trwałych i gęstych systemów zapisu informacji, jakie znamy. Gigantyczne zbiory danych naukowych, archiwa korporacyjne i cała twórczość internetowa mogłyby zmieścić się w przestrzeni równej średniej wielkości plecakowi. Brzmi to obecnie dość nieprawdopodobnie, kiedy wielu z nas posiada nadal dyskietki oraz sporych rozmiarów dyski twarde przechowujące kilkudziesięciokrotnie mniejsze ilości danych niż obecnie najnowocześniejsze rozwiązania. Na drodze do komercjalizacji nowego rozwiązania stała dotąd jedna poważna przeszkoda, dane zapisane w syntetycznych niciach były niezmienne. Raz zakodowane, stawały się trwałym archiwum bez możliwości ich aktualizacji czy nadpisania.
Technologiczny impas, który był największym problemem właśnie zostaje przełamany dzięki pracom badaczy z University of Missouri. Zespół pod kierownictwem profesora Li-Quna „Andrewa” Gu z College of Engineering opracował metodę, która fundamentalnie wpływa na przechowywanie danych w DNA. Przekształcili oni jednorazowy nośnik w pełnoprawny cyfrowy dysk twardy oparty na biologii, który można wielokrotnie zapisywać i modyfikować. Wyniki ich badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie PNAS Nexus, otwierają zupełnie nowy rozdział w inżynierii gromadzenia informacji. Celem jego zespołu było stworzenie systemu, który pozwoli na operowanie informacjami na poziomie molekularnym szybciej, prościej i wydajniej niż kiedykolwiek wcześniej w historii eksperymentów z biologicznymi nośnikami.
Aby zrozumieć rewolucję technologiczną, która staje się rzeczywistością musimy przyjrzeć się samemu procesowi zapisu. Tradycyjne komputery komunikują się za pomocą systemu binarnego opartego na ciągach zer i jedynek. Magazynowanie molekularne idzie o krok dalej. Naukowcy tłumaczą cyfrowe pakiety na język genetyki, wykorzystując cztery podstawowe litery, czyli zasady azotowe: adeninę (A), cytozynę (C), guaninę (G) i tyminę (T).
Następnie maszyny syntetyzują nici noszące dokładnie ten wzór liter, w którym ukryte są nasze zdjęcia, filmy czy obszerne bazy danych. Kiedy zachodzi potrzeba odczytania informacji, syntetyczna nić przechodzi przez precyzyjny detektor molekularny nazwany sensorem nanoporowym. Wytwarza on subtelne zmiany elektryczne, które dedykowane oprogramowanie błyskawicznie dekoduje z powrotem na język binarny, a w konsekwencji na oryginalny, czytelny dla nas plik.
Zalety rozwiązania są wręcz przytłaczające dla tradycyjnych nośników półprzewodnikowych i magnetycznych. Przede wszystkim, biologiczny nośnik przechowuje informacje w trzech wymiarach, a nie na płaskim układzie scalonym, co zapewnia bezprecedensową i niespotykaną dotąd gęstość zapisu na mikroskopijnej powierzchni. Kolejnym kluczowym atutem jest niezwykła długowieczność archiwizacji. Odpowiednio przechowywane w chłodnym i suchym środowisku syntetyczne nici pozostają stabilne przez tysiące lat, całkowicie deklasując współczesne dyski twarde, które nierzadko ulegają awariom po zaledwie dekadzie użytkowania. Co więcej, technologia cechuje się skrajną efektywnością energetyczną, ponieważ utrzymanie danych w tej formie wymaga jedynie ułamka energii pochłanianej obecnie przez gigantyczne, konwencjonalne serwerownie. Wreszcie, ponieważ nośnik ma formę fizycznej cząsteczki i nie jest w sposób ciągły podłączony do sieci komputerowej, zapewnia naturalne cyberbezpieczeństwo i odporność na ataki hakerskie z zewnątrz.
System opracowany na University of Missouri nie tylko rozwiązuje fundamentalny problem nadpisywania danych, ale jest również szybszy, prostszy w obsłudze i znacznie bardziej przyjazny dla środowiska naturalnego niż dotychczasowe eksperymenty w tej dziedzinie. Dalekosiężną wizją twórców jest zminiaturyzowanie całego urządzenia odczytująco-zapisującego do wielkości standardowego, kieszonkowego pendrive’a USB.
.Choć wiele grup badawczych na całym świecie ściga się w wyścigu o udoskonalenie biologicznej pamięci masowej, to właśnie możliwość tworzenia praktycznych, wielokrotnie nadpisywalnych systemów stanowi kluczowy kamień milowy technologii. Zbliżamy się wielkimi krokami do momentu, w którym nośniki opłacone rachunkami za ogromne zużycie prądu będą mogły ostatecznie ustąpić miejsca miniaturowym, biologicznym magazynom naszej rozwijającej się cyfrowej cywilizacji.
Szymon Ślubowski
