Nová „kazeta DNA“ dokáže uložit až 1,5 milionukrát více dat než smartphone – a data mohou vydržet 20 000 let, pokud jsou zmrazená
Dochází vám místo v telefonu? Předplatné cloudového úložiště zatím neupgradujte. Vědci v Čína objevili, že obrázky, textové soubory a další digitální data mohou být uložena ve vláknech DNA spojených do 330 stop dlouhého (100 metrů) plastového proužku schopného pojmout ekvivalent 3 miliard skladeb.
Je to daleko od zařízení, které Microsoft postavil v roce 2016 a které dokázalo vtěsnat 200 megabajtů dat do kousku DNA. „mnohem menší než špička tužky.“
DNA je dlouhá dvoušroubovicová molekula vyrobená z jedinečné sekvence čtyř chemických bází – adeninu (A), cytosinu (C), guaninu (G) a thyminu (T) – které společně kódují genetickou informaci organismu. Podobně je každý digitální soubor v konečném důsledku kombinací jedniček a nul, které může počítač interpretovat jako PDF, JPEG nebo jiný typ souboru.
Pokud by každá báze měla představovat specifický vzor 0 a 1, pak by mohl být zakódován kus umělé DNA, který by obsahoval binární kód pro digitální soubory. Tento typ molekul nepochází z živého organismu, ale je sestaven v laboratoři spojením předem vyrobených nukleotidových stavebních bloků dohromady v požadované sekvenci.
To je to, co vědci udělali, než vytiskli zakódovanou DNA na dlouhý kus pásky. Roztok obsahující prameny byl veden přes proužek, takže se adsorbovaly na povrch polymeru.
„DNA má potenciál stát se médiem pro ukládání informací nové generace díky své vysoké hustotě ukládání,“ napsali autoři ve studii. „Svinutá konfigurace DNA pásky efektivně maximalizuje prostorové využití materiálu, umožňuje přenositelnost a rozšiřuje počet dostupných oblastí a úložnou kapacitu zvýšením její délky.“
Každá část pásky je potištěna čárovým kódem označujícím, který soubor se tam nachází. Kamera na stroji podobném kazetovému přehrávači pak skenuje pásku, když se pohybuje mezi dvěma válci, lokalizuje soubor a ponoří toto místo do základního roztoku, který uvolňuje DNA. DNA pak může být sekvenována a tato sekvence bází může být přeložena do kódu souboru.
Ukládání dat na stovky – ne-li tisíce – let
Vědci doufají, že jejich páska DNA by mohla nabídnout řešení šíření digitálních datkterý byl masivně umocněn generativním umělá inteligence (AI) boom. Odhadují, že kus o délce zhruba 0,6 míle (1 kilometr) by mohl pojmout až 362 000 terabajtů dat – ekvivalent asi 60 miliardám fotografií. Pro srovnání, notebooky se často dodávají s úložištěm mezi 0,5 a 2 TB, zatímco chytré telefony mají obvykle minimálně 128 GB nebo 256 GB.
Kromě vysoké úložné kapacity by mohla být data, která páska DNA zapouzdřuje, uchována po dlouhou dobu, uvedl tým. Je to proto, že řetězce DNA jsou uloženy uvnitř kovových organických struktur (MOF) – klecí v molekulárním měřítku vyrobených z iontů zinku – které poskytují vrstvu ochrany.
DNA je známá uchovat svou podobu po staletía vědci zjistili, že jejich páska může uchovávat data více než 345 let při pokojové teplotě nebo asi 20 000 let při 32 stupních Fahrenheita (0 stupňů Celsia). Dokonce i v případě rozbití by mohla být páska DNA upevněna pomocí průhledné lepicí pásky, uvedli ve studii.
Kromě identifikace a extrahování řetězců DNA, které odpovídají konkrétnímu souboru, může čtečka zapouzdřit nové řetězce DNA do MOF a uložit je na pásku. Dokáže také autonomně detekovat, kdy je řetězec DNA ve špatné části s čárovým kódem, a přesunout jej do správné části.
Zatímco ukládání dat DNA bylo prozkoumány rozsáhle v průběhu lettoto je jedno z prvních řešení, které ukazuje elegantní chování „souborového systému“, což znamená, že soubory lze načíst, upravit nebo smazat. Funguje také roboticky, místo aby vyžadoval kombinaci manuálních a přístrojových kroků, a dokáže zpracovat „teplá“ (opakovaně přístupná) data i „studená“ (zřídka přístupná) data.
Výzvy však zůstávají. Vlastní syntéza DNA je stále nákladná a časově náročná a vyžaduje objemné vybavení. Navíc proces obnovy jednoho souboru z pásky trvá asi 25 minut. Ve svém současném stavu proto kazetový přehrávač DNA nenabízí proveditelný způsob archivace našich digitálních dat.
Jak již bylo řečeno, vědci doufají, že jejich výzkum by mohl vést k technologii, která dokáže uložit obrovské množství teplých i studených dat v kompaktní formě, čímž se sníží závislost na masivní datová centra dnes v provozu.
