Atsukti ir įrašyti: DNR kasetės siūlo duomenų saugojimo krizės sprendimą

Prisimeni kasetes? Tie gražiai analogiški magnetinio stebuklo stačiakampiai, kurie skambėjo devintajame ir devintajame dešimtmetyje, amžinai pažeidžiami, kad juos sugadintų automobilio stereofoninė įranga arba prireiktų skubios pieštuko operacijos, kai juosta nusprendė išsivynioti pati? Na, jie grįžo. Savotiškai. Išskyrus šį kartą, užuot saugoję kruopščiai kuruotą mišinį, jie gali tiesiog išsaugoti visą civilizacijos skaitmeninį pėdsaką.

Pietinio mokslo ir technologijos universiteto Kinijoje mokslininkai sukūrė tai, ką jie vadina DNR kasetine juosta, ir ji yra taip nutolusi nuo senojo Walkman, kaip galite įsivaizduoti, išlaikant tą pažįstamą formos faktorių. Koncepcija pasiskolinta iš to nostalgiško formato, bet pakeičia magnetinį oksidą kažkuo sudėtingesniu: tikra genetine medžiaga, užkoduota skaitmenine informacija.

Principas pakankamai aiškus. DNR, kaip paaiškėja, yra didžiausias gamtos kietasis diskas. Kiekvienoje juostoje teoriškai galima saugoti apie 3,2 gigabaito duomenų, o tai maždaug atitinka tūkstantį dainų ar porą filmų. Padidinkite ją iki 328 pėdų kasetės ir pamatysite daugiau nei trijų milijardų dainų atminties talpą. Žvelgiant į perspektyvą, tai yra kiekvienas takelis, kurį kada nors įrašė kiekvienas atlikėjas, apie kurį kada nors girdėjote, o vėliau kai kurie suvynioti į maždaug VHS kasetės dydžio pakuotę.

Tai ypač protinga yra tai, kaip mokslininkai išsprendė vieną iš labiausiai paplitusių DNR saugojimo problemų: iš tikrųjų rado duomenis, kai juos išsaugojote. Jie atspausdino brūkšninio kodo raštus ant poliesterio ir nailono kompozicinės juostos, sukurdami milijonus mažų, adresuojamų sekcijų. Pagalvokite apie tai, kaip turėti atskirus aplankus kompiuteryje, išskyrus tai, kad šie aplankai yra fiziniai skaidiniai pačioje juostoje. Sistema gali rasti konkrečius failus 1570 skaidinių per sekundę greičiu, o tai yra įspūdingai greita, kai atsižvelgiama į po ja vykstančią biologinę gimnastiką.

Kodavimo procesas veikia panašiai kaip dvejetainis kompiuterio kodas, išskyrus tuos atvejus, kai vietoj vienetų ir nulių naudojate keturis DNR blokus: adeniną, guaniną, citoziną ir timiną. Skaitmeniniai duomenys paverčiami šių bazių sekomis, nusodinami ant juostos per procesą, apimantį hibridizaciją ir polimerazės išplėtimą, tada užsandarinami kristaliniu apsauginiu sluoksniu, kad būtų išvengta degradacijos. Visa operacija trunka apie 50 minučių visam saugojimo ir paėmimo ciklui.

Šis požiūris ypač patrauklus yra jo tvarumo įgaliojimai. Dabartiniai duomenų centrai sunaudoja apie 4,4 % visos JAV elektros energijos – šis skaičius tik didėja, kai daugėja dirbtinio intelekto programų. Remiantis ataskaitomis, namų ūkių Ohajo valstijoje jų mėnesinės sąskaitos už elektrą birželio mėnesį padidėjo mažiausiai 15 USD, daugiausia dėl AI duomenų infrastruktūros energijos poreikio. DNR saugojimui, priešingai, nereikia jokios elektros priežiūros, kai duomenys įrašomi. Apsauginė danga leidžia juostai išsaugoti informaciją potencialiai tūkstančius metų kambario temperatūroje arba žymiai ilgiau, jei norite ją laikyti tinkamai šaltoje vietoje.

Mokslininkų komanda sėkmingai pademonstravo sistemos funkcionalumą užkoduodama ir gaudama skaitmeninį vaizdą, įrodydama, kad koncepcija veikia praktikoje, o ne tik teorija. Įrenginio prototipas siūlo 36 petabaitų atminties talpą, atitinkančią 36 000 terabaitų standžiuosius diskus, ir viskas yra nepaprastai kompaktiško formato, kurį būtų galima sėdėti ant stalo.

Sprendimas turi neabejotiną eleganciją. Nors technologijų pramonė įnirtingai kuria vis mažesnius tranzistorius ir sudėtingesnius kietojo kūno diskus, šie tyrėjai iš esmės pažvelgė į vieną iš seniausių nešiojamųjų kompiuterių saugojimo formatų ir paklausė: kas būtų, jei tai padarytume naudodami efektyviausią mums žinomą duomenų saugojimo sistemą, kuri yra pati gyvenimo dalis?

Žinoma, praktinis įgyvendinimas susiduria su tam tikromis kliūtimis. Didelio masto, ekonomiškai efektyvi oligonukleotidų telkinių sintezė išlieka reikšminga kliūtimi. Skaitymo procesui vis dar reikia sekos nustatymo įrangos, o visai operacijai reikia daugiau specializuotų žinių, nei kasetės įkišimui į denį. Tačiau kaip koncepcijos įrodymas, jis yra nepaprastai įtikinamas.

Yra kažkas gana poetiško apie grįžimą prie juostos saugyklos, kaip atrodė, kad skaitmeninis pasaulis to visiškai atsisakė. Galbūt duomenų saugojimo ateitis yra ne mažesnės lustai ar greitesni diskai, o mokymasis iš keturių milijardų metų evoliucinio tobulinimo. Galų gale, jei DNR gali saugoti visą žmogaus kūrimo ir valdymo vadovą mažesnėje, nei matote, erdvėje, tikriausiai reikia archyvuoti jūsų nuotraukų biblioteką.

Tyrėjų darbai skelbiami žurnale Science Advances, ir nors mums dar liks keleri metai, kol jūsų vietiniame elektronikos mažmeninėje prekyboje pamatysime DNR kasečių juosteles, ši technologija yra tikrai novatoriškas požiūris į problemą, kuri tik stiprės, kai duomenų generavimas ir toliau sparčiai auga. Kartais geriausias būdas į priekį yra pažvelgti atgal, net jei tai reiškia, kad reikia iš naujo įsivaizduoti 40 metų senumo technologiją su molekulėmis, kurios žmoniją senesnės keliais milijardais metų.

Jei jums patinka mokslas kaip mes, visą tyrimą galite perskaityti čia

Susiję