Центры обработки данных будущего могут отказаться от банков жестких дисков и перейти на носитель информации, который природа использовала миллиарды лет, — ДНК. Важным шагом к тому, чтобы воплотить это в жизнь, ученые создали новую систему чтения и организации файлов с помощью микрокапсул.
Как и многие вещи, созданные людьми, природа опередила нас в хранении данных с помощью системы, значительно превосходящей все, что мы могли бы придумать. ДНК упаковывает информацию невероятно плотно — один грамм материала может содержать до 215 петабайт или 215 миллионов ГБ данных, а это означает, что все содержимое Интернета можно хранить в обувной коробке, полной ДНК. Недавняя работа даже нашла способы удвоить эту плотность данных, добавив новые буквы в алфавитный суп.
Кроме того, ДНК может быть чрезвычайно долговечной. Наше нынешнее оборудование имеет тенденцию к деградации в течение десятилетий, но при правильных условиях ДНК потенциально может сохраняться в течение миллионов лет. И, наконец, для его обслуживания требуется гораздо меньше энергии, что позволяет сократить счета за электроэнергию, которые несут большие центры обработки данных.
Но, конечно, есть одна загвоздка. Запись данных в ДНК и их обратное считывание — кропотливые и дорогостоящие процессы, которые могут повредить саму ДНК и привести к ошибкам. Но теперь новый прорыв может помочь сделать всю систему более практичной.
В настоящее время извлечение данных из ДНК осуществляется с помощью метода, называемого полимеразной цепной реакцией (ПЦР). Нити ДНК, содержащие данные, свободно плавают в своего рода супе, и каждая нить помечена определенной последовательностью, которая действует как имя файла. Когда вам нужен определенный файл, соответствующий праймер используется для поиска гупа и присоединения к нужной цепи ДНК. Затем эта ДНК копируется миллионы раз, чтобы система могла найти ее и прочитать файл. Проблема в том, что это ухудшает исходные данные каждый раз, когда вы их читаете, и становится трудно одновременно читать несколько файлов.
Микроскопическое изображение новые микрокапсулы ДНК, закодированной данными, с флуоресцентными метками Том де Гриф
Чтобы обойти эту проблему, исследователи заключают ДНК в микрокапсулы, состоящие из белков и полимера, причем в каждой капсуле закрепляется один файл. При нагревании выше 50 ° C (122 ° F) капсулы запечатываются, так что копирование PCR может влиять только на каждый файл в отдельности. Когда температура снова снижается, копии отсоединяются, а оригинал остается закрепленным.
Это означает, что качество исходного файла не ухудшается при каждом чтении, что значительно снижает количество ошибок. Команда говорит, что система могла читать до 25 файлов одновременно и теряла только 0,3 % файла после трех чтений, а не 35 % при использовании существующих методов.
Чтобы упростить поиск в системе, ученые присвоили каждому файлу флуоресцентную метку, а каждой капсуле — свой цвет, что позволяет классифицировать, разделять и сортировать данные. В конечном счете, команда представляет центр обработки данных, в котором информация кодируется ДНК в одной области, а роботизированные руки могут выбирать отдельные капсулы, считывать данные и возвращать их обратно.
«Теперь нужно просто подождать, пока затраты на синтез ДНК еще больше снижаются», — сказал Том де Гриф, ведущий автор исследования. «После этого метод будет готов к применению».
Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
