Ko nam zmanjka prostora za podatke, jih znanstveniki želijo shraniti v DNK

Najprej apokaliptično opozorilo: zmanjkuje nam prostora za shranjevanje podatkov.

Verjetno je, da vas to v zadnjih letih ni preveč skrbelo. Ne tako dolgo nazaj je bil čas, ko je bil končni trdi disk vašega računalnika ves prostor za shranjevanje, ki ste ga imeli na voljo. Dosegli ste to omejitev (ki je bila v primeru mojega prvega računalnika manj kot 100 MB) in ste se zatekli k disketam in drugemu lokalnemu zunanjemu pomnilniku. Ko ti je zmanjkalo tudi tega, si dobil brisanje.

Ne brišemo več. Prav tako ne podjetja, zlasti tista, ki so ovrednotena na podlagi podatkov, ki jih imajo. Namesto tega svoje datoteke preprosto prenesemo v oblak, katerega ime je minljivo in eterično; brez prave fizičnosti. Kje so shranjeni podatki? Ni pomembno, dokler ga lahko dobimo nazaj. Kakšne so nevarnosti, če zmanjka prostora za shranjevanje v oblaku? Na videz zelo malo, poleg tega, da morate povečati mesečna naročnina, da odklenete več veličastnega brezplačnega prostora.

Posledično je ideja, da nam bo nekega dne zmanjkalo pomnilnika podatkov, prav tako težka za glavo približno kot predlog, da bi nam lahko zmanjkalo vode: tega veličastnega brezplačnega vira, ki pade iz nebo. Toda 2018 je leto, v katerem je prišel Cape Town v Južni Afriki tik pred tem, da bi ostal brez vode. In lahko nam tudi zmanjka prostora za shranjevanje podatkov.

Podatki, podatki, povsod

Razlog za to je nepredstavljiva hitrost, s katero trenutno proizvajamo podatke. Vsak dan se ustvari približno 2,5 kvintilijona bajtov podatkov, zahvaljujoč 3,7 milijarde ljudi, ki zdaj uporabljajo internet. Samo v zadnjih dveh letih je bilo ustvarjenih osupljivih 90 odstotkov svetovnih podatkov. Z naraščajočim številom pametnih naprav, povezanih z internetom stvari, se bo ta številka znatno povečala.

"Ko razmišljamo o shranjevanju v oblaku, pomislimo na te neskončne shrambe podatkov," Hyunjun Park, izvršni direktor in soustanovitelj podjetja za shranjevanje podatkov Katalog, je povedal za Digital Trends. »Toda oblak je v resnici le računalnik nekoga drugega. Večina ljudi se ne zaveda, da ustvarjamo toliko podatkov, da hitrost, s katero jih ustvarjamo, daleč prehiteva našo sposobnost shranjevanja vseh. V zelo bližnji prihodnosti bomo imeli velik razkorak med uporabnimi podatki, ki jih ustvarjamo, in tem, kako jih lahko shranimo z uporabo običajnih medijev.«

Ker so podjetja za shranjevanje v oblaku zaposlena z gradnjo novih podatkovnih centrov in širitvijo svojih obstoječih s hitrostjo vozlov, je težko ugotoviti, kdaj bi nam lahko zmanjkalo zmogljivosti za shranjevanje podatkov. Odštevalne ure v filmskem slogu ni. Po mnenju Parka pa je človeštvo morda že leta 2025 kumulativno proizvedlo več kot 160 zetabajtov podatkov. (Zetabajt, če se sprašujete, je trilijon gigabajtov.) Koliko od tega bomo lahko shranili? Približno 12,5 odstotka, predlaga Park.

Očitno je treba nekaj narediti.

Je DNK odgovor?

Tu nastopijo Park in njegov kolega znanstvenik ter soustanovitelj MIT Nathaniel Roquet. Njihovo zagonsko podjetje Catalog je razvilo tehnologijo, za katero menijo, da bi lahko spremenila shranjevanje podatkov, kot ga poznamo; kar omogoča, vsaj tako trdijo, da so vsi svetovni podatki udobno nameščeni v prostoru velikosti omare za plašče.

Rešitev kataloga? S kodiranjem podatkov v DNK. To morda zveni kot zaplet romana Michaela Crichtona, vendar je njihova razširljiva in cenovno dostopna rešitev resna in ima tako daleč prejel 9 milijonov dolarjev tveganega financiranja - skupaj s podporo vodilnih profesorjev s Stanforda in Harvarda Univerze.

»Vprašanje, ki mi ga pogosto zastavljajo, je, Čigav DNK uporabljamo?« se je zasmejal Park. "Ljudje se bojijo, da ljudem jemljemo DNK in jih spreminjamo v mutante ali podobne stvari."

To ni, morali bi pojasniti, kaj Catalog počne. DNK, v katerega podjetje kodira podatke, je sintetični polimer. Ne gre za nekaj, kar izvira iz biološkega izvora, in niz baznih parov, v katere so kodirani podatki, kot niz enic in ničel, ni koda za nič živega. Toda končni izdelek je kljub temu biološko neločljiv od nečesa, kar bi lahko našli v živi celici.

Zamisel o DNK kot potencialni metodi shranjevanja se ugiba že desetletja, skoraj odkar sta James Watson in Francis Crick leta 1953 odkrila dvojno vijačnico. Vendar pa je do zdaj obstajalo več ozkih grl, zaradi katerih ni mogel živeti v skladu s svojimi cilji ogromen potencial kot rešitev za shranjevanje računalniških podatkov.

Tradicionalno razmišljanje o shranjevanju podatkov na osnovi DNK je bilo osredotočeno na sintezo novih molekul DNK; preslikava zaporedja bitov v zaporedje štirih baznih parov DNK in izdelava dovolj molekul, da predstavljajo vsa števila, ki jih želite shraniti. Težava je v tem, da je ta postopek počasen in drag, kar pomeni precejšnja ozka grla, ko gre za shranjevanje podatkov.

Catalogov pristop temelji na ločevanju procesa sinteze od procesa kodiranja. V bistvu podjetje ustvari ogromno število samo nekaj različnih molekul (zaradi česar je veliko cenejše) in nato kodira informacije z ustvarjanjem ogromne raznolikosti iz predhodno izdelanih molekul.

Kot analogijo je Catalog primerjal prejšnji pristop k izdelavi trdih diskov po meri z vsemi vašimi podatki, povezanimi s trdim kablom. Shranjevanje različnih podatkov pomeni izdelavo popolnoma novega trdega diska od začetka. Predlagajo, da je njihov pristop podoben množični proizvodnji praznih trdih diskov in nato polnjenju s kodiranimi informacijami, kot in ko je to potrebno.

Vse je v shranjevanju

Razburljiv del vsega tega je osupljiva količina podatkov, ki jih lahko shrani. Kot dokaz koncepta je Catalog uporabil svojo tehnologijo za kodiranje knjig, kot je Štoparski vodnik po galaksiji v DNK. Toda to ni nič v primerjavi z možnostmi.

»Če primerjate jabolka z jabolki, so deli, ki jih lahko shranite v isti prostornini, približno milijonkrat večji od informacijske gostote pogona SSD,« je dejal Park. "Karkoli lahko shranite na bliskovni pogon, lahko shranite 1 milijonkrat več v isti prostornini, če to počnete v DNK."

Primerjava s pogoni SSD pa ni natančna. DNK morda lahko shrani veliko več informacij v isti obseg, vendar nima takojšnjega dostopa, kot ga ima na primer bliskovni pogon, povezan z USB. Catalogov pristop pretvori podatke v trdno peleto sintetičnega polimera.

Za dostop do vaših podatkov bi morali znanstveniki vzeti omenjeno peleto, jo rehidrirati z dodajanjem vode in nato prebrati s sekvencerjem DNK. To zagotavlja osnovne pare DNK, ki se nato lahko uporabijo za izračun enic in ničel, ki ponovno sestavijo vaše podatke. Od začetka do konca bo postopek trajal najmanj nekaj ur.

Iz tega razloga Catalog prvotno cilja na trg, ki je vajen tovrstnih zamud: trg arhiviranja. To je vrsta podatkov, ki so trenutno shranjeni v formatih, kot je magnetni trak, ki se uporablja za sledenje vrste informacij, za katere morda upate, da vam jih ne bo treba ponovno pregledati, vendar jih je še vedno ključnega pomena na. (Predstavljajte si korporativni ekvivalent garancije za vaš hladilnik.)

Toda ali obstaja kdaj točka, ko bo to pomembno za povprečnega uporabnika? Navsezadnje, kot smo poudarili na vrhu tega članka, večina od nas v resnici ne razmišlja toliko o svojih podatkih in o tem, kje se hranijo. Je na magnetnem traku? Je v SSD-ju? Ne moti nas, dokler je tam, ko ga potrebujemo.

Zaradi količine časa, ki je potreben za pridobivanje informacij, je malo verjetno, da bo kdaj prišlo do točke, na primer, vaši podatki v Googlovem oblaku so shranjeni v ogromnih posodah DNK ali kot niz marmorju podobnih kroglic v Mountainu Pogled, CA. Če bi Catalogu uspelo dokazati svoj koncept podjetjem, bo to verjetno možnost dolgoročnega shranjevanja, medtem ko imajo kratkoročni podatki druge oblike.

Predstavljajte si možnosti

Obstajajo pa vznemirljive možnosti, ki zvenijo kot znanstvena fantastika. "Predstavljajte si podkožno kroglico, ki vsebuje vse vaše zdravstvene podatke, vse vaše MRA skeniranje, vaše krvne preiskave, vaše rentgenske posnetke vašega zobozdravnika," je dejal Park. »Vedno bi si želeli, da bi bili ti podatki zelo dostopni, ni pa nujno, da so nekje v oblaku ali na nezavarovanem strežniku v bolnišnici. Če bi to imeli s seboj v obliki DNK, bi lahko fizično nadzorovali te podatke in dostop do njih, pri tem pa poskrbeli, da imajo do njih dostop samo pooblaščeni zdravniki.«

Navsezadnje, kot poudarja, imajo danes vse bolnišnice DNK sekvencerje. "Ne pravim, da si zdaj prizadevamo za to, vendar je to možna prihodnost," je dejal.

Potem ko je Catalog svetu predstavil svoje novo podjetje, se zdaj osredotoča na izvedbo nekaj pilotnih projektov, da bi prikazal, kako je mogoče to tehnologijo učinkovito uporabiti. "To niso znanstveni izzivi, ki bi jih morali rešiti, ampak problemi mehanske optimizacije," je opozoril.

Ker je po lastnem priznanju vstopil na to področje, ker je zvenelo kot kul tehnološki pristop k velikemu Park je zdaj prepričan, da se lahko shranjevanje podatkov DNK izkaže za eno najpomembnejših tehnologij našega časa čas.

Hudiča, ko gre za možnost arhiviranja človeške zgodovine, kot jo poznamo, se je težko ne strinjati. "Gre za ohranjanje našega načina življenja, kot ga poznamo," je pojasnil.

Priporočila urednikov

• Ali so magnetni trakovi stare šole medij za shranjevanje podatkov prihodnosti?
• Kitajska želi s kontroverzno analizo DNK uganiti obraze kriminalcev
• Ta biotehnološki startup želi vaš DNK shraniti v trezor na Luni
• Znanstveniki Caltecha so uporabili DNK za igranje najmanjše igre tik-tak-prst na svetu
• Natančna medicina je odvisna od DNK, vendar pošiljanje vašega izpljunka še vedno prinaša tveganje