ДНК је чврсти диск будућности

Човечанство је одлично у стварању ствари, али постоји једна ствар коју наша врста ствара више од било чега другог: информације.

Још 2013. године, студија је закључила да је 90 одсто свих светских података генерисано у претходне две године, а да се та количина и даље чини малом у поређењу са претходним годинама. У 2017. је направљено 26 зетабајта (један зетабајт = милијарда терабајта) података, што је више од свега створеног у годинама 2010-2013 заједно.

Према а Извештај објављен 2019, сваког дана делимо 95 милиона фотографија и видео снимака на Инстаграму, објављујемо 500 милиона твитова на Твитеру и шаљемо 294 милијарде е-порука. Иако интернет може изгледати етерично, сви ти подаци морају бити сачувани физички, на чврстим дисковима и серверима широм света. Проблем је у томе што ти традиционални медијуми за складиштење података вероватно не могу да прате очекивану поплаву података у наредној деценији.

Шта је решење? Чврсти диск будућности би заправо могао бити нешто веома старо, нешто што се налази у свакој особи која ово чита: ДНК.

Природно упутство за употребу

Деоксирибонуклеинска киселина, или ДНК, је молекул који диктира како се организам развија. Молекул ДНК садржи четири азотне базе — аденин (А), тимин (Т), гванин (Г) и цитозин (Ц) — и секвенцу од ових база чине упутства о томе како ћелије треба да се развијају, утичући на ствари као што су боја косе и очију, висина итд на. ДНК је у суштини упутство за изградњу тела.

ДНК такође може да садржи запањујућу количину информација: 215 петабајта (1 петабајт је око 100 милиона гигабајта) података на једном граму. Једнако импресивна је и његова дуговечност. Традиционални медијуми као што су магнетна трака и флеш меморија имају тенденцију да се деградирају, било због вишекратне употребе или једноставно током времена. ДНК се такође разграђује, али знатно спорије: у зависности од услова складиштења, може трајати хиљадама, па чак и десетинама хиљада година.

Стога није изненађење што истраживачи виде природни систем складиштења као посуду за немилосрдни ток информација у свету.

„Скоро се приближава пуни круг“, каже Хиуњун Парк, извршни директор Каталога, компаније која гради платформу за складиштење засновано на ДНК. „Враћамо се природи да бисмо добили инспирацију за развој овог медија.“

Цаталог је једна од компанија на ивици ове технологије, која гради платформу за складиштење засновану на ДНК која може да прими све веће датотеке 5Г, доба високе дефиниције.

Чудесан потенцијал по кошмарној цени

Идеју о складиштењу података о ДНК предложио је још 60-их година совјетски научник Михаил Нејман. У деценијама након тога, истраживачи су направили велике кораке у стварном раду, међутим било је значајних препрека.

„Уско грло које је спречавало ову технологију да постане мејнстрим“, објашњава Парк, „била је чињеница да је заиста скупо и споро чувати много информација.

Према студија објављена 2018, најисплативија техника складиштења ДНК у то време коштала је око 3.500 УСД по МБ за писање података и 1.000 УСД по МБ за њихово читање, тако да немојте још увек повлачити ССД уређај из употребе.

Каталог има за циљ да смањи трошкове складиштења ДНК стварањем онога што упореде са штампарском пресом, револуционарни уређај који је користио заменљиве блокове слова, премазане мастилом, за брзо штампање странице.

„Начин на који се раније радило“, објашњава Парк, је да се базе ДНК – АТЦГ – могу користити да „представљају било који дуги низ од 1 и 0, јер то су подаци које покушавате да напишете. Али проблем са тим приступом је да сваки основни пар који додајете има цену и одузима много времена."

У Каталоговој методи штампарске пресе, дрвени блокови су „блокови молекула ДНК које смо унапред синтетизовали, али у великим количинама. У свету ДНК“, објашњава он, „ако покушавате да синтетишете велике количине од само неколико различитих молекула – рецимо, реда величине 100 – то је заиста јефтино и лако за направити.

„Али ако покушавате да синтетишете веома мале количине од милион различитих молекула“, наставља он, „то је заиста скупо и споро. Узимамо ове веће блокове које смо направили у великим количинама и користимо штампач који смо развили да их распоредимо у различите комбинације и спојити их заједно тако да добијемо ову огромну разноликост различитих молекула које онда можемо приписати различитим информације за.”

Изградња бољег рачунара кроз природу

Иако су могућности складиштења ДНК интригантне, Парк је такође узбуђен због његовог потенцијала за рачунарство. Годинама су компјутери отприлике следили пут који је зацртао Муров закон, који је рекао да сваке две године или тако можемо да удвостручимо број транзистора који стане на компјутерски чип. Међутим, компјутерски чипови су ових дана постали толико мали да је све мање вероватно да можемо да наставимо да увлачимо више транзистора. У суштини, Муров закон је мртав, или бар у хоспицију.

Међутим, потреба човечанства за све већим рачунарима је велика, па се истраживачи утркују да развију нове врсте рачунара (квантне рачунаре, на пример). Компјутер заснован на ДНК је једна од могућности.

„Мислимо да када имате податке у ДНК, можемо да користимо ензиме и друге молекуле ДНК да бисмо израчунали те податке“, каже Парк, „а то је веома ефикасан, изузетно паралелан начин за израчунавање тих података. Неће бити за све свакодневне апликације или све рачунарске проблеме, већ за скуп проблеми који постају све важнији за друштво, мислимо да ће ДНК бити одличан начин да се то уради то."

Парк каже да би ДНК рачунари били погодни за проблеме где имате огромну количину података, али прорачуни које треба да урадите нису превише сложени. Као пример, он замишља сценарио где неко треба да прочешља ексабајте пописних података.

„Желите да будете у могућности да брзо претражујете све то истовремено и долазите до имена људи који испуњавају одређени скуп критеријума као што је одређени узраст или распон прихода или географски регион“, он каже. „Да бисте то урадили на традиционалном рачунару, да бисте могли да прођете кроз све ексабајте које сте сакупљали деценијама, морали бисте да прочитате магнетну траку који је стајао у хладном складишту... затим израчунајте у блоковима који се уклапају у меморију, а затим у блоковима који се уклапају у процесорску јединицу, и урадите то у серији манир. Ако га имате у ДНК, запремина би била заиста мала због густине информација ДНК, и тако бисте убацили неколико сонди које се везују за карактеристику коју тражите за."

Револуција на хоризонту

Дакле, када треба да се припремите да избаците своју тренутну опрему и замените је био-органским компјутерским деловима? Вероватно не у скорије време.

„Мислим да ће се у догледној будућности,“ каже Парк, „процес писања у којем претварате дигиталне податке у ДНК одвијати у специјализованим установама.“ ДНК подаци објекти ће садржати податке засноване на ДНК, којима људи могу приступити као традиционалном серверу, иако сугерише да би људи могли да добију копије својих података на тесту цеви.

За сада, складиштење и рачунарство засновано на ДНК вероватно неће бити приметан део свакодневног живота, али нешто што би могло да има огроман утицај на ширу слику човечанства.