پژوهشگران چینی طرح جذابی از ذخیرهسازی دادههای دیجیتال را در قالب DNA ارائه کردهاند که میتواند آینده دنیای ما را متحول کند. در این روش میتوان نوار کاستهایی تولید کرد که میتواند صدها هزار ترابایت اطلاعات را در فضایی بسیار کوچک و برای هزاران سال حفظ کند.
با رشد بیوقفه دادههای دیجیتال و گسترش هوش مصنوعی، جهان بهسرعت به نقطهای نزدیک میشود که روشهای سنتی ذخیرهسازی دیگر پاسخگوی نیازها نخواهند بود. هارددیسکها و حافظههای مبتنی بر فلش، علاوه بر محدودیت ظرفیت، به مصرف بالای انرژی و هزینههای سنگین مراکز داده وابستهاند. در همین راستا، پژوهشگران چینی از فناوری نوینی رونمایی کردهاند که میتواند تعریف ذخیرهسازی داده را بهطور اساسی تغییر دهد: ذخیرهسازی اطلاعات دیجیتال در DNA.
بر اساس پژوهشی که در نشریه معتبر Science Advances منتشر شده، دانشمندان موفق شدهاند تصاویر، فایلهای متنی و سایر دادههای دیجیتال را در رشتههای DNA ذخیره کرده و آنها را روی یک نوار پلاستیکی به طول ۱۰۰ متر پیادهسازی کنند. این نوار که عملکردی شبیه نوار کاست دارد، ظرفیتی معادل حدود ۳ میلیارد آهنگ دارد و از نظر چگالی ذخیرهسازی، تا ۱.۵ میلیون برابر بیشتر از یک گوشی هوشمند داده در خود جای میدهد.
چرا DNA برای ذخیرهسازی داده مناسب است؟
DNA مولکولی دو رشتهای است که اطلاعات ژنتیکی موجودات زنده را با استفاده از چهار باز شیمیایی آدنین، سیتوزین، گوانین و تیمین ذخیره میکند. از سوی دیگر، تمام دادههای دیجیتال نیز در نهایت به زبان صفر و یک بیان میشوند. پژوهشگران با بهرهگیری از این شباهت مفهومی، توالی بازهای DNA را به الگوهای باینری متناظر تبدیل کردهاند و به این ترتیب، دادههای دیجیتال را در قالب DNA مصنوعی رمزگذاری کردهاند.
این DNAها در آزمایشگاه ساخته میشوند و هیچ منشأ زیستی ندارند. پس از رمزگذاری، رشتههای DNA روی یک نوار پلیمری چاپ میشوند؛ نواری که بهصورت رولشده طراحی شده تا بیشترین استفاده از فضا را ممکن کند و در عین حال قابلحمل باشد.
یک پخشکننده کاست، اما برای دادههای ژنتیکی
برای دسترسی به اطلاعات ذخیرهشده، پژوهشگران دستگاهی شبیه پخشکننده نوار کاست طراحی کردهاند. این دستگاه نوار DNA را بین دو غلتک حرکت میدهد و با کمک یک دوربین، بارکدهای چاپشده روی نوار را میخواند تا محل دقیق هر فایل مشخص شود. پس از انتخاب فایل، بخش مربوطه در یک محلول ساده قرار میگیرد تا DNA آزاد شود. سپس با تعیین توالی DNA، اطلاعات دیجیتال اولیه بازیابی میشوند.
نکته بسیار جالب دیگر این است که این سیستم تنها به خواندن دادهها محدود نیست. دستگاه میتواند رشتههای DNA جدید را در ساختارهای محافظ قرار دهد، آنها را روی نوار اضافه کند یا حتی در صورت قرار گرفتن اشتباه DNA در بخش نادرست، بهطور خودکار آن را اصلاح و جابهجا کند.
ظرفیت باورنکردنی در برابر تراشهها
پژوهشگران تخمین میزنند نواری به طول یک کیلومتر میتواند تا ۳۶۲ هزار ترابایت داده ذخیره کند؛ ظرفیتی معادل حدود ۶۰ میلیارد عکس. این در حالی است که اغلب لپتاپها بین 500 گیگابایتی تا ۲ ترابایت و گوشیهای هوشمند معمولاً ۱۲۸ یا ۲۵۶ گیگابایت حافظه داخلی دارند.
هزاران سال ماندگاری داده DNA
یکی از مهمترین مزایای ذخیرهسازی DNA، دوام فوقالعاده بالای دادههاست. در این فناوری، رشتههای DNA داخل ساختارهایی موسوم به چارچوبهای فلزی-آلی (MOF) نگهداری میشوند؛ قفسهای مولکولی بسیار ریز که از DNA در برابر تخریب محافظت میکنند.
آزمایشها نشان دادهاند این دادهها میتوانند در دمای اتاق بیش از ۳۴۵ سال سالم بمانند و در صورت نگهداری در دمای صفر درجه سانتیگراد، عمر آنها به حدود ۲۰ هزار سال میرسد. حتی در صورت آسیبدیدگی فیزیکی نوار، امکان ترمیم آن با چسب شفاف معمولی وجود دارد.
اگرچه ذخیرهسازی داده در DNA موضوعی تازه نیست، اما آنچه این پروژه را متمایز میکند، رفتار آن شبیه یک سیستم فایل واقعی است. فایلها قابل شناسایی، بازیابی، اصلاح و حتی حذف هستند و کل فرآیند بهصورت رباتیک انجام میشود. این سیستم میتواند هم دادههای «سرد» (آرشیوی) و هم دادههای «نیمهفعال» را مدیریت کند؛ قابلیتی که برای آینده مراکز داده اهمیت بالایی دارد.
محدودیتهای اصلی، مدت زمان نوشتن داده
با وجود این پیشرفت چشمگیر، فناوری ذخیرهسازی DNA هنوز برای استفاده عمومی آماده نیست. سنتز DNA همچنان هزینهبر و زمانبر است و بازیابی هر فایل از نوار در حال حاضر حدود ۲۵ دقیقه زمان میبرد. با این حال، پژوهشگران امیدوارند با پیشرفت ابزارهای زیستفناوری و خودکارسازی بیشتر، این موانع برطرف شوند.
در صورت تحقق این چشمانداز، ذخیرهسازی DNA میتواند نقش مهمی در کاهش وابستگی به مراکز داده عظیم، پرمصرف و پرهزینه امروزی ایفا کند؛ موضوعی که در عصر انفجار دادهها و هوش مصنوعی، اهمیتی راهبردی دارد.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت