Obecnie, ilość przetwarzanych i magazynowanych danych na świecie rośnie w zastraszającym tempie. 4,3 miliona obejrzanych filmów na platformie YouTube, 3,5 miliarda wyszukań na Google i 350 milionów nowych zdjęć w mediach społecznościowych dziennie – to statystyki od których może się porządnie zakręcić w głowie. Tymczasem, prawdą jest, że już niedługo populacja będzie mierzyła się z ponad 450 eksabajtami różnych danych. Naukowcy z Microsoftu – w związku z ciągłym napływem nowych informacji wymagających zapisu – postanowili skupić się na rozwijaniu innowacyjnej technologii – dysków twardych opartych na nici DNA.
Przechowywanie danych dzisiaj
Około 40% ludności na świecie w ogóle nie ma podłączenia do Internetu, a mimo to, mnogość zasypujących nas danych jest zatrważająca. Z biegiem czasu będzie ich tylko więcej. Nie dziwi więc, że metoda magazynowania danych musi ulec zmianie na szybszy, jeszcze bardziej wydajny i – co najważniejsze – zajmujący zdecydowanie mniej miejsca sposób.
Obecnie do przechowywania informacji korzystamy z serwerów, dysków twardych, pamięci flash, czy dysków przenośnych. Są niezbyt trwałe, stosunkowo szybko kończy się na nich wolne miejsce, niektóre mogą się zgubić, inne – ulec uszkodzeniom. Zobacz wszystkie karty pamięci dostępne w Hanzo.
Na zdjęciu: Karta pamięci Western Digital Purple microSDXC WDD512G1P0C 512 GB Class 10 Class U1
Najbardziej trwałym i pojemnym nośnikiem informacji jest człowiek, a w zasadzie jego DNA. Jakiś czas temu, naukowcy zdecydowali się wykorzystać ten potencjał i rozpocząć badania nad wykorzystywaniem nici DNA do przechowywania danych. Okazało się, że wystarczy zaledwie fragment genomu o wadze grama, by zapisać koło 450 eksabajtów danych. Ciężko to zobrazować – jednak wyobraźmy sobie maleńkie pudełko po zapałkach w których drzemie wiedza całego świata.
Dyski DNA – jak to działa
Magazynowanie, opierające się na nici DNA, potrzebuje schematu kodowania i dekodowania. Zapisując dane metodą cyfrowy, zapisujemy je w sposób binarny – zero jedynkowy. W kodzie DNA informacje kodujemy za pomocą czterech aminokwasów.
Wszystko odbywa się za sprawą chemicznie stworzonego – syntetycznego DNA – które posiada określone właściwości. Naukowcy odkryli, że do zapisu danych, zamiast zer i jedynek można wykorzystać cztery bazy nukleotydowe:
- adeninę,
- cytozynę,
- guaninę,
- tyminę.
Te cztery elementy składowe – nie binarne, jak w dyskach twardych – pozwalają na znacznie gęstsze „upakowywanie” złożonych danych.
Na zdjęciu: nić DNA
Źródło: www.microsoft.com
Liderzy w wykorzystywaniu DNA do zapisu danych
Bezsprzecznym przodownikiem w wykorzystywaniu potencjału DNA do magazynowania danych jest Microsoft. Firma – od kilku lat – prowadzi prace nad udoskonaleniem tego niezwykłego rozwiązania. Udało im się zapisać 200 megabajtów danych na sztucznej nici DNA, zajmującej mniej niż kilka milimetrów.
Badacze z MIT pokazali całemu światu eksperyment, podczas którego, z pomocą sześcio-mikrometrowej cząsteczki krzemionki zapisali dwadzieścia obrazów. Sekwencje DNA posłużyły za etykiety z zawartością pliku. Dzięki nim naukowcy byli w stanie wciągnąć dane obrazy z całego zmagazynowanego w DNA albumu. MIT potwierdziło, że przechowywane w DNA pliki są zdecydowanie bardziej bezpieczne niż te w innych centrach danych.
Naukowcy z Harvard Medical School również doprowadzili do końca badanie wykorzystujące DNA. Etap umieszczania danych na nici DNA był bardzo długi, jednak z sukcesem udało się dzięki niemu zapisać 53 tysiące słów oraz kilka ilustracji. Po analizie tego eksperymentu, postawili tezę, że w jednym gramie DNA można zapisać – nie bagatela – 700 terabajtów danych.
TURTLES – przełom w badaniach nad wykorzystaniem DNA do magazynowania danych
Metoda Time-sensitive Untemplated Recording using Tdt for Local Environmental Signals – TURTLES – okazała się przełomem w badaniach nad przechowywaniem danych. Polega na syntetyzowaniu nowych danych, a nie – jak było dotychczas – kopiowaniu szablonu.
Ten proces pozwala na szybszy i bardziej rozdzielny zapis. Polimeraza DNA podtrzymuje dodawanie zasad, podczas gdy, informacje są zapisywane w kodzie genetycznym w kilka minut – zmiany środowiskowe wpływają na skład syntetyzowanego przez polimerazę DNA.
Badacze są zdania, iż TURTLES może sprawdzić się w długoterminowym zapisie danych, które nie są często odczytywane, a jedynie w przypadku nagłych zdarzeń.
Pierwsze urządzenie wykorzystujące DNA do zapisu danych
W roku 2019, naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego we współpracy z badaczami z Microsoftu, stworzyli pierwsze urządzenie pozwalające na przeprowadzenie całego procesu magazynowania danych w nici DNA.
Microsoft ogłosił, że mechanizm ma zyskać gęstość zapisu na poziomie 25 milionów sekwencji na centymetr kwadratowy – co stanowi rezultat prawie tysiąc razy większy niż dotychczasowy. Mimo wielkich planów – możliwość zapisu jednego gigabajta informacji na cal kwadratowy – obecnie uzyskany wynik wynosi dwieście megabajtów, przy 24 godzinnym procesie zapisu.
Badacze, podczas próby działania maszyny, zakodowali słowo „hello” na wstążkach DNA i – co najważniejsze – odzyskali je z powrotem, by były możliwe do odczytania na komputerze.
Naukowcy z Microsoft i Uniwersytetu Waszyngtońskiego zapisali i odzyskali słowo „hello” przy użyciu pierwszego, w pełni zautomatyzowanego systemu do przechowywania DNA.
Źródło: news.microsoft.com
Wygląd urządzenia nie jest zbyt atrakcyjny. Składa się, w głównej mierze z zestawu szklanych rurek, butelek i odczynników – potrzebnych do tworzenia syntetycznych nici DNA – oraz niewielkiego narzędzia niezbędnego do sekwencjonowania genów.
Wady i zalety wykorzystywania DNA do zapisu danych
Zalety:
- do przechowywania danych w DNA potrzebne jest jedynie zimne, suche i ciemne otoczenie – nie jest konieczny aktywny system podtrzymywania pamięci,
- DNA jest tysiąc razy gęstsze niż pamięć flash. Gęstość skompresowania danych – obecnie – wynosi około miliona GB na gram – co jest niesamowitym wynikiem,
- po stworzeniu polimeru, DNA nie zużywa żadnej energii,
- czas przechowywania danych jest zdecydowanie większy od tego, który oferują powszechnie dostępne nośniki informacji. Dysk DNA przechowywany w odpowiednich warunkach może być nienaruszony przez setki, a nawet tysiące lat.
Wady:
- wysoki koszt sekwencjonowania DNA – zapis i ponowny odczyt kilku megabajtów to koszt rzędu wielu tysięcy dolarów – uniemożliwia powszechne stosowanie tej metody. Dla przykładu napisanie i odczytanie 5-bajtowej wiadomości „hello” w 2001 roku, kosztowało 100 milionów dolarów, dziś – na to samo działanie – wystarcza 1000 dolarów.
- w DNA zdarzają się błędy. Nie każda nić jest idealna. Mniej więcej raz na 100-1000 nukleotydów występuje błąd. Pojawiające się metody – likwidujące niedoskonałości – obniżają efektywność zapisu,
- prędkość zapisu danych na dysku DNA jest zdecydowanie za mała, by móc go efektywnie wykorzystywać.
Hproduct=4261,6002,6009
Co czeka nas w przyszłości?
Można by pomyśleć, że już niebawem będziemy wykorzystywali dyski oparte na DNA do przechowywania swoich danych. Niestety na urzeczywistnienie tej tezy trzeba będzie jeszcze poczekać. Nie mniej jednak, uczeni są przekonani, że za kilka lat magazynowanie baz danych w DNA – których nie dotyczy częsty odczyt – będzie jednym z najtańszych i najlepszych rozwiązań dostępnych na rynku.
Tymczasem, jest to technologia mocno zaawansowana, wymagająca poświęcenia wielu długich godzin na opracowanie trudnych technicznie rozwiązań. Mowa o zmniejszeniu kosztów oraz czasu zarówno zapisu, jak i odczytu danych. Mimo to, coraz łatwiej uwierzyć, że w przyszłości dyski oparte na DNA znajdą swoje miejsce w naszych domach.
Hlink=https://hanzo.com.pl/userdata/public/news/images/290.jpg,Komputer biznesowy,https://hanzo.com.pl/pl/n/290,Idealny komputer do pracy i do rozrywki;https://hanzo.com.pl/userdata/public/news/images/291.jpg,Komputery Premium,https://hanzo.com.pl/pl/n/291,Najlepsze komputery dla wymagających;https://hanzo.com.pl/userdata/public/news/images/298.jpg,Skanery,https://hanzo.com.pl/pl/n/298,Definicja oraz budowa i parametry skanerów
