Кассета — символ плееров Walkman, автомобильных магнитол и музыкальных сборников 80-х и 90-х годов. Казалось, что эта некогда революционная технология ушла в прошлое. Однако у кассеты может появиться новое применение — для хранения наших постоянно растущих объёмов цифровых данных, но с биологическим уклоном.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это естественный жёсткий диск, потому что она плотная, компактная и долговечная. Чтобы использовать эту возможность хранения данных, Синью Цзян из Южного университета науки и технологий в Китае и его коллеги используют этот генетический материал для создания экспериментальных кассет из ДНК. Результаты, которые звучат как научная фантастика, подробно описаны в исследовании, недавно опубликованном в журнале Science Advances.
ДНК может хранить огромные объёмы данных в течение, казалось бы, бесконечного времени, не требуя электричества и не расходуя драгоценную энергию. Теоретически ДНК, содержащаяся в одной клетке человека, может хранить примерно 3,2 гигабайта данных (около 1000 песен).
Проблема использования потенциала ДНК в качестве решения для хранения данных заключалась в создании системы, которую можно было бы легко использовать. И вот теперь скромная кассета может предложить решение.
В этом новом исследовании команда создала физическую кассету, используя смесь полиэстера и нейлона. Затем они напечатали на кассете штрихкоды, создав миллионы крошечных секций, похожих на папки на персональном компьютере. Таким образом, система может точно определить, где хранятся данные.
Схема кассеты с ДНК и привода для кассет с ДНК:
(А) Использование штрихкодов для оптической адресации файлов и тем самым создание физических разделов на ленте ДНК. Каждый физический раздел имеет уникальный адрес и поддерживает функцию DMRM. Слой ZIFs защищает закодированную ДНК и может быть быстро создан и удалён до и после восстановления ДНК. (В) Привод для кассет с ДНК с полностью автоматической работой и системой управления файлами используется с лентой ДНК.
Для архивирования файла цифровые данные сначала переводятся в последовательность ДНК. Для этого четыре строительных блока ДНК — аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T) — превращаются в код, аналогичный комбинации нулей и единиц, которые используют компьютеры. Лента также покрыта кристаллическим слоем, чтобы предотвратить разрушение связей ДНК.
Чтобы доказать, что система работает, они преобразовали цифровое изображение в ДНК, а затем быстро извлекли изображение с ленты.
Традиционная кассета вмещает примерно 10–12 песен на каждой стороне, но 328 футов этой кассеты с ДНК могут хранить столько же данных, сколько содержится в более чем 3 миллиардах песен. Общая ёмкость прототипа составляет 36 петабайт данных, что равно 36 000 терабайтным жёстким дискам.
Соавтор исследования Цзянкай Ли сказал журналу New Scientist: «Наша кассета несёт молекулы ДНК. Другими словами, это было бы похоже на попытку воспроизвести фотографию на проигрывателе — форматы несовместимы».
Если это сработает, кассеты с ДНК могут предложить решение для крупных центров обработки данных, которые в настоящее время сталкиваются с серьёзными ограничениями по хранению данных и энергопотреблению.
Исследование Массачусетского технологического института (MIT) за 2023 год показало, что 4,4% всей электроэнергии в США потребляется центрами обработки данных, и ожидается, что эта цифра будет только расти по мере того, как всё больше технологических компаний будут внедрять искусственный интеллект.
Подобное решение будущего, как эта кассета с ДНК, может предложить масштабируемое и более устойчивое решение для крупных центров обработки данных без потери мировых данных.