3' διάβασμα
Η κασέτα. Βασικό στοιχείο των Walkman, των στερεοφωνικών αυτοκινήτου και των νοσταλγικών μιξτέιπ της δεκαετίας του '80 και του '90. Φαινόταν ότι αυτό το κάποτε πρωτοποριακό κομμάτι τεχνολογίας μπορεί να ακολουθήσει την τύχη των δεινοσαύρων. Ωστόσο, η κασέτα θα μπορούσε να προσφέρει έναν νέο τρόπο αποθήκευσης της συνεχώς αυξανόμενης ποσότητας ψηφιακών δεδομένων μας – με μια βιολογική ανατροπή.
 |
| Η κασέτα DNA μοιάζει με τις κασέτες μουσικής. Ένα ειδικό κασετόφωνο ανακτά αλληλουχίες DNA, από τοποθεσίες αρχείων σε έναν δίσκο. credit: Southern University of Science and Technology |
Η αδιάκοπη αύξηση των ψηφιακών δεδομένων αποτελεί μια πρόκληση που έχει ωθήσει τους επιστήμονες να αναζητήσουν καινοτόμες λύσεις. Οι παραδοσιακές επιλογές αποθήκευσης, όπως οι σκληροί δίσκοι, πλησιάζουν γρήγορα τα όριά τους, προκαλώντας την αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων. Εδώ μπαίνει το DNA, το μόριο που περιέχει το σχέδιο της ζωής, το οποίο τώρα αξιοποιείται σε πειραματικές «κασέτες DNA». Αυτή η επαναστατική προσέγγιση υπόσχεται την αποθήκευση τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων σε ένα μικροσκοπικό, ανθεκτικό μορφότυπο.
Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ) είναι ο απόλυτος σκληρός δίσκος της φύσης, επειδή είναι πυκνό, συμπαγές και ανθεκτικό. Για να αξιοποιήσουν αυτή τη δύναμη αποθήκευσης, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας στην Κίνα χρησιμοποίησαν αυτό το γενετικό υλικό για να δημιουργήσουν πειραματικές κασέτες φτιαγμένες από DNA. Τα ευρήματα που ακούγονται σαν επιστημονική φαντασία περιγράφονται λεπτομερώς σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science Advances.
Μπορεί να αποθηκεύσει τεράστιες ποσότητες δεδομένων για φαινομενικά ατελείωτες χρονικές περιόδους, όλα χωρίς ηλεκτρισμό ή κατανάλωση πολύτιμης ενέργειας. Θεωρητικά, το DNA που περιέχεται σε ένα ανθρώπινο κύτταρο μπορεί να αποθηκεύσει περίπου 3,2 gigabyte δεδομένων (περίπου 1.000 τραγούδια). Η πρόκληση στην αξιοποίηση του δυναμικού του DNA ως λύση αποθήκευσης ήταν η κατασκευή ενός συστήματος που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε εύκολα. Η ταπεινή κασέτα θα μπορούσε να προσφέρει ενδεχομένως μια βιώσιμη και αποτελεσματική λύση στην παγκόσμια κρίση αποθήκευσης δεδομένων..
Σε αυτή τη νέα μελέτη, η ομάδα δημιούργησε μια φυσική ταινία χρησιμοποιώντας ένα μείγμα πολυεστέρα και νάιλον. Στη συνέχεια, εκτύπωσαν μοτίβα γραμμωτού κώδικα στην ταινία, δημιουργώντας εκατομμύρια μικροσκοπικά τμήματα παρόμοια με τους φακέλους σε έναν προσωπικό υπολογιστή. Με αυτόν τον τρόπο, το σύστημα μπορεί να εντοπίσει ακριβώς πού είναι αποθηκευμένα τα δεδομένα.
Για να αρχειοθετηθεί ένα αρχείο, τα ψηφιακά δεδομένα μετατρέπονται αρχικά σε αλληλουχία DNA. Για να γίνει αυτό, τα τέσσερα δομικά στοιχεία του DNA – η αδενίνη (Α), η γουανίνη (G), η κυτοσίνη (C) και η θυμίνη (T) – μετατρέπονται σε έναν κώδικα παρόμοιο με το δυαδικό σύστημα (0,1) που χρησιμοποιούν οι υπολογιστές. Η ταινία ήταν επίσης επικαλυμμένη με ένα κρυσταλλικό στρώμα για να αποτρέψει τη διάσπαση των δεσμών του DNA.
 |
| © periopton |
Για να αποδείξουν ότι το σύστημα λειτουργούσε, μετέτρεψαν μια ψηφιακή εικόνα σε DNA. Μετά, ανέκτησαν γρήγορα την εικόνα από την ταινία.
Μια παραδοσιακή κασέτα χωράει περίπου 10 έως 12 τραγούδια σε κάθε πλευρά, αλλά 100 μέτρα αυτής της κασέτας DNA θα μπορούσαν να χωρέσουν την ίδια ποσότητα δεδομένων σε πάνω από 3 δισεκατομμύρια τραγούδια. Η συνολική χωρητικότητα του πρωτοτύπου είναι 36 πεταμπάιτ δεδομένων, το οποίο ισοδυναμεί με σκληρούς δίσκους 36.000 terabyte.
Απλώς μην προσπαθήσετε να βάλετε αυτή τη βιολογική κασέτα σε αυτό το παλιό κασετόφωνο που μαζεύει σκόνη στην σοφίτα. Μεταφέρει μόρια DNA, όχι ηχητικά κύματα, και δεν διαθέτει τους μαγνήτες που είναι απαραίτητοι για να παίξει. Όπως δήλωσε ένας από τους ερευνητές στο New Scientist: «Η ταινία μας μεταφέρει μόρια DNA. Με άλλα λόγια, θα ήταν σαν να προσπαθούσατε να αναπαράγετε μια φωτογραφία σε ένα πικάπ — οι μορφές είναι ασύμβατες.
Αν λειτουργήσει, οι κασέτες DNA θα μπορούσαν να προσφέρουν μια λύση για τα μεγάλα κέντρα δεδομένων που αντιμετωπίζουν επί του παρόντος σημαντικούς περιορισμούς αποθήκευσης και ενέργειας. Μια μελέτη του MIT από το 2023 εκτίμησε ότι το 4,4% όλης της ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ καταναλώθηκε από κέντρα δεδομένων και αυτός ο αριθμός αναμένεται μόνο να αυξηθεί καθώς περισσότερες εταιρείες τεχνολογίας στρέφονται στην τεχνητή νοημοσύνη. Σύμφωνα με μια έκθεση των New York Times, ο λογαριασμός ρεύματος για ένα τυπικό νοικοκυριό στο Οχάιο αυξήθηκε κατά τουλάχιστον 15 δολάρια το μήνα τον Ιούνιο, κυρίως λόγω των κέντρων δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης.
Μια μελλοντική λύση όπως αυτή η κασέτα DNA θα μπορούσε να προσφέρει μια επεκτάσιμη και πιο βιώσιμη λύση για μεγάλα κέντρα δεδομένων, χωρίς να θυσιάσει τα δεδομένα όλου του κόσμου.
επιμέλεια-κείμενο: Κάππα Λάμδα
© periopton
Απαγορεύεται από το δίκαιο της Πνευμ. Ιδιοκτησίας
η καθ' οιονδήποτε τρόπο χρήση/αναπαραγωγή/ιδιοποίηση
του παρόντος άρθρου (ολόκληρου ή αποσπασμάτων)
με στοιχεία από: popsci.com/Laura Baisas
