DNA Adalah Hard Drive Masa Depan

Umat ​​​​manusia hebat dalam menciptakan sesuatu, tetapi ada satu hal yang spesies kita ciptakan lebih dari apa pun: informasi.

Pada tahun 2013 lalu, sebuah penelitian menyimpulkan bahwa 90 persen dari seluruh data di dunia dihasilkan dalam dua tahun sebelumnya, namun jumlah tersebut masih terlihat kecil jika dibandingkan dengan beberapa tahun terakhir. Pada tahun 2017 terdapat 26 zettabytes (satu zettabyte = satu miliar terabyte) data yang dibuat, lebih banyak dari semua data yang dibuat pada tahun 2010-2013 jika digabungkan.

Menurut a laporan yang diterbitkan pada tahun 2019, setiap hari kita berbagi 95 juta foto dan video di Instagram, memposting 500 juta tweet di Twitter, dan mengirim 294 miliar email. Meskipun internet mungkin tampak sangat halus, semua data tersebut harus disimpan secara fisik, di hard drive dan server di seluruh dunia. Masalahnya adalah, media penyimpanan data tradisional tersebut mungkin tidak dapat mengimbangi membanjirnya data yang diperkirakan terjadi pada dekade mendatang.

Apa solusinya? Hard drive masa depan sebenarnya bisa menjadi sesuatu yang sangat tua, sesuatu yang ada di dalam diri setiap orang yang membaca ini: DNA.

Panduan instruksi alam

Asam deoksiribonukleat, atau DNA, adalah molekul yang menentukan bagaimana suatu organisme berkembang. Sebuah molekul DNA mengandung empat basa nitrogen — adenin (A), timin (T), guanin (G), dan sitosin (C) — dan urutannya dari dasar-dasar ini membentuk instruksi tentang bagaimana sel harus berkembang, mempengaruhi hal-hal seperti warna rambut dan mata, tinggi badan, dan sebagainya pada. DNA pada dasarnya adalah instruksi manual untuk membangun tubuh.

DNA juga dapat menyimpan sejumlah besar informasi: 215 petabyte (1 petabyte sama dengan 100 juta gigabyte) data dalam satu gram. Yang sama mengesankannya adalah umur panjangnya. Media tradisional seperti pita magnetik dan memori flash cenderung menurun, baik karena penggunaan berulang-ulang atau hanya karena waktu. DNA juga terdegradasi, tetapi dengan kecepatan yang jauh lebih lambat: Tergantung pada kondisi penyimpanannya, DNA dapat bertahan ribuan, atau bahkan puluhan ribu tahun.

Maka tidak mengherankan jika para peneliti melihat sistem penyimpanan alam sebagai wadah bagi arus informasi dunia yang tiada henti.

“Ini hampir mencapai titik akhir,” kata Hyunjun Park, CEO Catalog, sebuah perusahaan yang membangun platform untuk penyimpanan berbasis DNA. “Kami akan kembali ke alam untuk mendapatkan inspirasi dalam mengembangkan media ini.”

Katalog adalah salah satu perusahaan yang terdepan dalam teknologi ini, membangun platform penyimpanan berbasis DNA yang dapat menampung file-file yang semakin besar. 5G, era definisi tinggi.

Potensi luar biasa dengan harga yang mengerikan

Ide menyimpan data DNA diusulkan pada tahun 60an oleh ilmuwan Soviet Mikhail Neiman. Dalam beberapa dekade setelahnya, para peneliti telah membuat kemajuan besar dalam melakukan hal ini, namun terdapat kendala yang signifikan.

“Hambatan yang menghalangi teknologi ini untuk menjadi mainstream,” Park menjelaskan, “adalah kenyataan bahwa teknologi ini sangat mahal dan lambat dalam menyimpan banyak informasi.”

Berdasarkan sebuah penelitian yang diterbitkan pada tahun 2018, teknik penyimpanan DNA yang paling hemat biaya pada saat itu menghabiskan biaya sekitar $3.500 per MB untuk menulis data dan $1.000 per MB untuk membacanya, jadi jangan pensiunkan solid state drive Anda dulu.

Katalog bertujuan untuk menurunkan biaya penyimpanan DNA dengan menciptakan sesuatu yang bisa dibandingkan dengan mesin cetak, perangkat revolusioner yang menggunakan blok huruf yang dapat diganti-ganti, dilapisi tinta, untuk mencetak dengan cepat halaman.

“Cara yang dilakukan sebelumnya,” Park menjelaskan, adalah bahwa basis DNA –ATCG– dapat digunakan untuk “mewakili string panjang 1 dan 0, karena itulah data yang Anda coba tulis. Namun masalah dengan pendekatan tersebut adalah setiap pasangan basa yang Anda tambahkan memerlukan biaya dan memakan waktu.”

Dalam metode mesin cetak Katalog, balok kayu adalah “blok molekul DNA yang telah kami sintesis sebelumnya, namun dalam jumlah besar. Dalam dunia DNA,” jelasnya, “jika Anda mencoba mensintesis beberapa molekul berbeda dalam jumlah besar – katakanlah, sekitar 100 – itu sangat murah dan mudah dilakukan.

“Tetapi jika Anda mencoba mensintesis jutaan molekul berbeda dalam jumlah yang sangat kecil,” lanjutnya, “hal itu sangat mahal dan lambat. Kami mengambil balok-balok lebih besar yang kami buat dalam jumlah besar dan kami menggunakan printer yang kami kembangkan untuk menyusunnya. kombinasi yang berbeda dan menyatukannya sehingga kita mendapatkan berbagai macam molekul berbeda yang kemudian kita anggap berbeda informasi kepada.”

Membangun komputer yang lebih baik melalui alam

Meskipun kemampuan penyimpanan DNA sangat menarik, Park juga tertarik dengan potensinya dalam komputasi. Selama bertahun-tahun, komputer secara kasar mengikuti jalur yang ditetapkan oleh Hukum Moore, yang menyatakan bahwa setiap dua tahun atau lebih kita dapat melipatgandakan jumlah transistor yang dapat ditampung dalam sebuah chip komputer. Namun, chip komputer telah menjadi sangat kecil akhir-akhir ini sehingga semakin kecil kemungkinannya kita dapat terus memasukkan lebih banyak transistor ke dalamnya. Intinya, Hukum Moore sudah mati, atau setidaknya di rumah sakit.

Namun, kebutuhan umat manusia akan komputer yang semakin besar semakin besar, sehingga para peneliti berlomba untuk mengembangkan jenis komputer baru (komputer kuantum, Misalnya). Komputer berbasis DNA adalah salah satu kemungkinannya.

“Kami pikir setelah Anda memiliki data dalam DNA, kami dapat menggunakan enzim dan molekul DNA lainnya untuk menghitung data tersebut,” kata Park, “dan itu adalah cara yang sangat efisien dan sangat paralel untuk menghitung data tersebut. Ini tidak berlaku untuk semua aplikasi sehari-hari atau semua masalah komputasi, tetapi untuk serangkaian masalah masalah yang menjadi semakin penting bagi masyarakat, kami pikir DNA akan menjadi solusi terbaik dia."

Park mengatakan bahwa komputer DNA akan sangat cocok untuk permasalahan dimana Anda memiliki data dalam jumlah besar, namun perhitungan yang perlu Anda lakukan tidak terlalu rumit. Sebagai contoh, dia membayangkan sebuah skenario di mana seseorang perlu menyisir data sensus berukuran exabyte.

“Anda ingin dapat dengan cepat menelusuri semua itu secara bersamaan dan menemukan nama-nama orang yang memenuhi serangkaian kriteria tertentu seperti rentang usia atau rentang pendapatan atau wilayah geografis tertentu,” katanya mengatakan. “Untuk melakukan hal tersebut pada komputer tradisional, agar dapat mengakses semua exabyte yang telah Anda kumpulkan selama beberapa dekade, Anda harus membaca kembali pita magnetiknya. yang telah tersimpan di cold storage… kemudian menghitungnya dalam blok-blok yang sesuai dengan memori, dan kemudian dalam blok-blok yang sesuai dengan unit pemrosesan, dan melakukannya secara serial tata krama. Jika Anda memilikinya dalam DNA, volumenya akan sangat kecil karena kepadatan informasi DNA, sehingga Anda akan memasukkan beberapa probe yang sesuai dengan karakteristik yang Anda cari untuk."

Sebuah revolusi di depan mata

Jadi kapan Anda harus bersiap membuang perlengkapan Anda saat ini dan menggantinya dengan komponen komputer bio-organik? Mungkin tidak dalam waktu dekat.

“Saya pikir di masa mendatang,” kata Park, “proses penulisan yang mengubah data digital menjadi DNA terjadi di fasilitas khusus.” data DNA Fasilitas tersebut akan menampung data berbasis DNA, yang dapat diakses oleh orang-orang seperti yang mereka lakukan pada server tradisional, meskipun ia menyarankan agar orang-orang dapat memperoleh salinan data mereka dalam pengujian. tabung.

Untuk saat ini, penyimpanan dan komputasi berbasis DNA mungkin belum menjadi bagian penting dalam kehidupan sehari-hari, namun merupakan sesuatu yang dapat berdampak besar pada gambaran besar umat manusia.