Na świecie brakuje wolnego miejsca do przechowywania danych cyfrowych. Ten problem istnieje od kilku lat, ale zwykli ludzie rzadko o tym myślą. Nie tak dawno temu był czas, kiedy wolne miejsce na zapis danych cyfrowych było ograniczone rozmiarem dysku twardego komputera. Kiedy limit został osiągnięty, albo poszliśmy na nowy dysk twardy, albo nagraliśmy wszystko na nośniku optycznym. Po ich zakończeniu usunęliśmy tylko stare dane i nagraliśmy nowe. Ale są tacy, którzy nigdy nie usuwają danych.
Na przykład wiele firm tego nie robi, zwłaszcza te, których zakres działalności i wartość zależy od posiadanych informacji cyfrowych. Czasy się zmieniają. Technologia się rozwija. Teraz informacja nie jest usuwana, tylko przenoszona do „chmury”. Nawiasem mówiąc, sam termin „chmura” jest bardzo efemeryczny i wcale nie odzwierciedla prawdziwego fizycznego zjawiska naturalnego. Po prostu wydawał się bardzo wygodny i piękny, więc go zostawili. Gdzie są przechowywane dane? Nie ma to żadnego znaczenia, przynajmniej o ile możemy się do nich zwrócić w dowolnym momencie. Czy jest prawdopodobne, że w końcu zabraknie nam miejsca w chmurze? Nikt o tym nie myśli. Dopóki płacisz za abonament, wszystko jest w porządku. Mało miejsca? Wybierasz nowy plan taryfowy i zyskujesz jeszcze więcej miejsca na informacje.
Ten bałagan utrudnił ludziom nawet wyobrażenie sobie, że pewnego dnia może zabraknąć nam wolnego miejsca na przechowywanie danych cyfrowych. Kiedyś trudno było sobie wyobrazić, że wcześniej czy później na Ziemi może zabraknąć słodkiej wody, której rezerwy są uzupełniane dzięki cyrkulacji w przyrodzie. Ale oto rzeczywistość. W 2018 roku zasoby wody w Kapsztadzie w Południowej Afryce szybko się wyczerpały. A my, ludzie, którzy o tym nie myślą, szybko zbliżamy się do braku wolnego miejsca na przechowywanie danych cyfrowych.
Dane, dane, dane wokół
Głównym powodem tego wyczerpywania się miejsca jest oczywiście tempo, w jakim tworzymy nowe dane. Każdego dnia na całym świecie, dzięki 3,7 miliardom użytkowników Internetu, generowanych jest około 2,5 biliona bajtów informacji. Spośród wszystkich dostępnych obecnie danych cyfrowych 90% powstało w ciągu zaledwie ostatnich dwóch lat. Wraz ze wzrostem liczby używanych inteligentnych urządzeń, które łączą się z siecią WWW (tym samym „Internetem przedmiotów”), w najbliższej przyszłości liczby te będą jeszcze rosły.
„Kiedy ludzie mówią o pamięci masowej w chmurze, często mają na myśli coś w rodzaju nieskończonej bezpłatnej przestrzeni dyskowej” - komentuje Hyun Jun Park, dyrektor i współzałożyciel Catalogue, firmy zajmującej się przechowywaniem danych, w Digital Trends.
Film promocyjny:
„Jednak chmura to ten sam komputer, na którym są przechowywane Twoje dane. Ludzie po prostu nie zdają sobie sprawy, że na świecie generowanych jest tyle danych cyfrowych, że tempo ich tworzenia znacznie wyprzedza nasze możliwości ich przechowywania. W najbliższej przyszłości zobaczymy ogromną lukę między ilością użytecznych danych a możliwością ich przechowywania przy użyciu tradycyjnych nośników”.
Ponieważ firmy zajmujące się przechowywaniem danych w chmurze są stale zajęte budowaniem nowych centrów danych lub rozbudową istniejących, bardzo trudno jest przewidzieć, kiedy faktycznie stracimy całą wolną przestrzeń. Niemniej jednak, według tego samego Parku, do 2025 r. Ludzkość łącznie może wygenerować ponad 160 zettabajtów informacji cyfrowych (zettabajtów, dla tych, którzy nie wiedzą, jest to bilion gigabajtów). Ile z tego wolumenu naprawdę możemy zaoszczędzić? Około 12,5 procent, mówi Park.
Ta kwestia zdecydowanie wymaga rozwiązania.
Czy DNA jest odpowiedzią?
Tak powiedzmy Park, Nathaniel Rocket i ich koledzy z Massachusetts Institute of Technology. Wspólnie założyli Katalog, w którego murach powstała technologia, która według jej twórców może zmienić sposób, w jaki myślimy o sposobie przechowywania wszystkich naszych danych cyfrowych w najbliższej przyszłości. Ich zdaniem, a raczej stwierdzeniem, wkrótce cyfrowe dane z całego świata zmieszczą się w przestrzeni nie większej niż szafa.
Katalog oferuje kodowanie DNA jako odpowiednie rozwiązanie. Wszystko to brzmi jak jedna z historii amerykańskiego pisarza science fiction Michaela Crichtona, ale skalowalne i niedrogie rozwiązanie, które oferuje, jest dość realistyczne i przyciągnęło nawet 9 milionów dolarów w postaci funduszy venture capital, a także wsparcia czołowych profesorów z uniwersytetów Stanford i Harvard.
„Często zadaje mi się pytanie: czyje DNA używamy? To tak, jakby ludzie myśleli, że bierzemy DNA od człowieka i zamieniamy go w mutantów czy coś w tym rodzaju”- śmieje się Park.
Ale to wcale nie jest to, co robi Katalog. DNA, którego używa Katalog do kodowania danych, to syntetyczny polimer. Nie jest pochodzenia biologicznego i nie jest tworzony na parach zasad azotowych, w których zapisywane są informacje. Ciąg zer i jedynek zapisany w polimerze również nie może być kodem niczego żywego. Niemniej jednak powstały produkt jest praktycznie nie do odróżnienia biologicznie od tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni w żywej komórce.
Pomysł, że DNA można postrzegać jako alternatywne medium do przechowywania informacji cyfrowych, sięga kilku dziesięcioleci. W rzeczywistości, kiedy James Watson i Francis Crick po raz pierwszy wymyślili model struktury DNA w 1953 roku. Jednak do tej pory szereg istotnych ograniczeń nie pozwalało dostrzec ogromnego potencjału wykorzystania DNA jako środka do przechowywania informacji cyfrowych, nie wspominając o tym, jak przełożyć to wszystko na rzeczywistość.
W zwykłym ujęciu metoda przechowywania informacji poprzez DNA koncentruje się na syntezie nowych cząsteczek DNA; dopasowywanie sekwencji bitów informacji do sekwencji czterech par DNA i wytwarzanie wystarczającej liczby cząsteczek, aby reprezentować wszystkie liczby, które chcesz przechowywać. Problem z tą metodą polega na tym, że proces jest drogi i powolny. Ponadto istnieje wiele ograniczeń związanych z faktycznym przechowywaniem samych danych.
Podejście katalogu sugeruje odłączenie syntezy cząsteczek od ich kodowania. Zasadniczo firma najpierw produkuje ogromną ilość tylko niektórych cząsteczek (co znacznie obniża koszty produkcji), a następnie koduje do nich informacje przy użyciu różnych gotowych cząsteczek.
W ramach analogii Catalog porównuje poprzednie podejście do produkcji niestandardowych dysków twardych z informacjami już zapisanymi na nim. Zapisanie nowych informacji w tym przypadku implikuje konieczność utworzenia nowego dysku twardego od podstaw. Nowe podejście Catalog można porównać do masowej produkcji pustych dysków twardych i zapisywania na nich nowych zakodowanych informacji w razie potrzeby.
Chodzi o przechowywanie
Piękno tego polega na tym, jak ogromna ilość danych może być przechowywana na bardzo małej przestrzeni. W ramach demonstracji Catalog wykorzystał swoją technologię do zakodowania różnych książek science fiction w DNA. Na przykład cały cykl powieści Autostopem po galaktyce. Ale to wszystko są drobiazgi przed możliwościami otwarcia.
„Porównując porównywalne liczby, liczba bitów, które można przechowywać w DNA, jest milion razy większa niż to, co oferują te same dyski półprzewodnikowe. Na przykład weźmy rozmiar zwykłego dysku flash. Korzystając z metody DNA przechowywania informacji, możesz zapisać milion razy więcej informacji na urządzeniu wielkości tego dysku flash niż na zwykłym dysku flash”.
Twórcy zauważają, że porównanie z dyskami półprzewodnikowymi nadal nie jest całkowicie dokładne. DNA pozwala na przechowywanie znacznie większej ilości informacji w porównywalnej objętości, ale technologia nie pozwala na zapewnienie natychmiastowego dostępu do nich, jak np. W przypadku tych samych dysków USB. Technologia katalogu przekształca informacje w stałą fizyczną pastylkę (granulkę) z syntetycznego polimeru.
Aby uzyskać dostęp do tych informacji, należy pobrać pastylkę kodowanego syntetycznego polimeru, ponownie nawodnić ją wodą, a następnie „odczytać” za pomocą sekwencera DNA. W ramach tego procesu możliwe będzie wyodrębnienie par zasad DNA, które można następnie wykorzystać do obliczenia liczby zer i jedynek, które tworzą informację. Od początku do końca ten proces może zająć co najmniej kilka godzin.
Z tego powodu technologia ta jest skierowana przede wszystkim na rynek archiwizacji, gdzie szybki dostęp do informacji nie jest wymagany. Zwykle oznacza to dane, które nie są używane lub są bardzo rzadko używane po nagraniu, ale są niezwykle ważne dla zachowania. Powiedzmy, jak gwarancja na lodówkę, tylko na skalę korporacyjną.
Jakie korzyści przyniesie to wszystkim zwykłym użytkownikom? Na początku artykułu rozmawialiśmy o tym, że większość z nas nie myśli o tym, co się dzieje i gdzie przechowywane są nasze informacje. Na nośnikach półprzewodnikowych? Tak, nawet jeśli tylko na taśmie magnetycznej. Nie jesteśmy tym zainteresowani, o ile mamy do niego dostęp w dowolnym momencie.
Ze względu na długość procesu odzyskiwania informacji jest mało prawdopodobne, abyśmy kiedykolwiek osiągnęli poziom, w którym niektóre Google Cloud lub Yandex. Disk będą przechowywać nasze informacje w gigantycznych kadziach DNA. Jeśli ta sama technologia Katalogu udowodni swoją skuteczność, to najprawdopodobniej znajdzie swoją niszę w obszarach, w których stosuje się podejście do długoterminowego przechowywania informacji. Jeśli chodzi o metodę krótkoterminowego przechowywania, w której obecnie używane są zarówno dyski twarde, jak i dyski półprzewodnikowe, będziemy musieli polegać na innych metodach.
Przedstawiamy perspektywy
Ta probówka zawiera miliony kopii danych zakodowanych w DNA.
Niemniej jednak tutaj widać możliwości niemal sci-fi.
„Wyobraź sobie, że ziarnko wszczepione pod skórę zawiera wszystkie informacje o Twoim zdrowiu: dane z angiografii rezonansu magnetycznego, informacje o grupie krwi, zdjęcie rentgenowskie dentysty” - mówi Park.
„Prawdopodobnie chcesz, aby wszystkie te dane były zawsze dostępne, ale nie chcesz przechowywać ich gdzieś w„ chmurze”lub na jakimś niezabezpieczonym serwerze szpitalnym. Mając te dane w postaci DNA zawsze przy sobie, będziesz w stanie fizycznie nimi zarządzać, w razie potrzeby uzyskać do nich dostęp, ograniczyć je do wszystkich innych i udostępnić bezpośrednio lekarzom prowadzącym”.
„Prawie każdy nowoczesny szpital ma sekwencer DNA. Nie twierdzę, że obecnie dążymy dokładnie do tego celu, jakim jest wykorzystanie tej technologii, ale w przyszłości może się to stać całkiem możliwe”- mówi deweloper.
Katalog jest obecnie zaangażowany w projekty eksperymentalne, których celem jest wykazanie skuteczności opracowanej technologii.
„Nie mamy żadnych nierozwiązywalnych trudności naukowych, teraz mówimy więcej o zadaniach optymalizacji procesów mechanicznych” - powiedział Park.
Jak sam przyznaje, Park, zdecydował się zaangażować w badanie sposobów przechowywania danych przy użyciu DNA, ponieważ uważał, że jest to bardzo fajne i innowacyjne podejście technologiczne do rozwiązania istniejącego dużego problemu. Teraz, zdaniem eksperta, technologia ta może stać się jedną z najważniejszych technologii naszych czasów.
Nikolay Khizhnyak