De wereld kampt met een tekort aan vrije ruimte voor het opslaan van digitale data. Dit probleem bestaat al enkele jaren, maar gewone mensen denken er nauwelijks over na. Nog niet zo lang geleden was er een tijd dat de vrije ruimte voor het opnemen van digitale gegevens werd beperkt door de grootte van de harde schijf van uw computer. Toen de limiet was bereikt, gingen we of voor een nieuwe harde schijf of namen we alles op optische media op. Toen ze afliepen, hebben we zojuist de oude gegevens verwijderd en nieuwe opgenomen. Maar er zijn er die nooit gegevens verwijderen.
Veel bedrijven doen dit bijvoorbeeld niet, vooral die waarvan het werkterrein en de waarde afhankelijk zijn van de digitale informatie waarover ze beschikken. De tijden veranderen. De technologie rukt op. Nu wordt de informatie niet verwijderd, maar overgebracht naar de "cloud". Trouwens, de term "wolk" is erg kortstondig en weerspiegelt helemaal geen echt fysiek natuurverschijnsel. Hij leek gewoon erg comfortabel en mooi, en ze verlieten hem. Waar worden de gegevens opgeslagen? Het maakt helemaal niet uit, zolang we ons maar op elk moment tot hen kunnen wenden. Is het waarschijnlijk dat we uiteindelijk geen cloudopslagruimte meer hebben? Niemand denkt er over na. Zolang je voor het abonnement betaalt, is alles in orde. Kleine ruimte? U kiest voor een nieuw tariefplan en u krijgt nog meer ruimte voor uw informatie.
Deze rommeligheid heeft het voor mensen moeilijk gemaakt om zich zelfs maar voor te stellen dat we op een dag misschien geen vrije ruimte meer hebben om digitale gegevens op te slaan. Vroeger was het moeilijk voor te stellen dat vroeg of laat zoet water op aarde zou kunnen opraken, waarvan de reserves worden aangevuld doordat het in de natuur circuleert. Maar hier is de realiteit. In 2018 naderden de watervoorraden in Kaapstad, Zuid-Afrika, snel hun volledige uitputting. En wij, mensen die er niet over nadenken, naderen snel een gebrek aan vrije ruimte voor het opslaan van digitale data.
Data, data, data rondom
De belangrijkste reden voor deze uitputting van de vrije ruimte is natuurlijk gerelateerd aan de snelheid waarmee we nieuwe gegevens produceren. Elke dag wordt er over de hele wereld, dankzij 3,7 miljard internetgebruikers, ongeveer 2,5 quintillion bytes aan informatie gegenereerd. Van alle digitale gegevens die vandaag beschikbaar zijn, is 90 procent in de afgelopen twee jaar gecreëerd. En met de groei van het aantal gebruikte slimme apparaten dat verbinding maakt met het World Wide Web (hetzelfde "Internet of Things"), zullen deze aantallen in de nabije toekomst nog groter worden.
"Als mensen het hebben over cloudopslag, bedoelen ze vaak dat er een soort van oneindige vrije ruimte is om informatie op te slaan", zegt Hyun Jun Park, hoofd en medeoprichter van Catalog, een dataopslagbedrijf, tegen Digital Trends.
Promotie video:
“De cloud is echter dezelfde computer die uw gegevens opslaat. Mensen realiseren zich gewoon niet dat er zoveel digitale gegevens in de wereld worden gegenereerd dat het tempo waarmee deze worden geproduceerd aanzienlijk hoger ligt dan ons vermogen om alles op te slaan. In de zeer nabije toekomst zullen we een enorme kloof zien tussen de hoeveelheid bruikbare gegevens en ons vermogen om deze op te slaan met traditionele media."
Omdat cloudopslagbedrijven constant bezig zijn met het bouwen van nieuwe datacenters of het uitbreiden van bestaande, is het erg moeilijk te voorspellen wanneer we daadwerkelijk alle vrije ruimte zullen verliezen. Niettemin kan volgens hetzelfde park de mensheid tegen 2025 in totaal meer dan 160 zettabyte aan digitale informatie genereren (zettabytes, voor degenen die het niet weten, dit is een biljoen gigabyte). Hoeveel van dit volume kunnen we echt besparen? Ongeveer 12,5 procent, zegt Park.
Dit probleem moet beslist worden aangepakt.
Is DNA het antwoord?
Dus zeg Park, Nathaniel Rocket en hun collega's van het Massachusetts Institute of Technology. Samen richtten ze Catalog op, binnen wiens muren een technologie werd ontwikkeld die volgens de makers de manier zou kunnen veranderen waarop we denken over hoe al onze digitale gegevens in de nabije toekomst zullen worden opgeslagen. Naar hun mening, of liever een statement, passen digitale data van over de hele wereld binnenkort in een ruimte die niet groter is dan een kleerkast.
Catalog biedt DNA-codering als een geschikte oplossing. Het klinkt allemaal als een van de verhalen van de Amerikaanse sciencefictionschrijver Michael Crichton, maar de schaalbare en betaalbare oplossing die ze bieden is redelijk realistisch en trok zelfs $ 9 miljoen aan durfkapitaal aan, evenals de steun van vooraanstaande professoren van de universiteiten van Stanford en Harvard.
“Ik krijg vaak de vraag: wiens DNA gebruiken we? Het is alsof mensen denken dat we DNA van een persoon afnemen en er mutanten van maken of zoiets, 'lacht Park.
Maar dit is helemaal niet wat Catalog doet. Het DNA dat Catalog gebruikt om gegevens te coderen, is een synthetisch polymeer. Het is niet van biologische oorsprong en is niet gemaakt op stikstofbasenparen waarin informatie is vastgelegd. Een reeks nullen en enen die in het polymeer zijn geschreven, kan ook niet de code zijn van iets dat leeft. Niettemin is het resulterende product biologisch praktisch niet te onderscheiden van wat we gewend zijn in een levende cel.
Het idee dat DNA kan worden gezien als een alternatief medium voor het opslaan van digitale informatie dateert van enkele decennia. In feite, toen James Watson en Francis Crick voor het eerst het DNA-structuurmodel bedachten in 1953. Tot nu toe lieten een aantal belangrijke beperkingen echter niet het enorme potentieel zien van het gebruik van DNA als een middel om digitale informatie op te slaan, om nog maar te zwijgen van hoe dit alles in de praktijk kon worden vertaald.
In zijn gebruikelijke opvatting is de methode voor het opslaan van informatie via DNA gericht op de synthese van nieuwe DNA-moleculen; het matchen van reeksen van stukjes informatie met reeksen van vier DNA-paren en genoeg moleculen produceren om alle getallen die u wilt opslaan te vertegenwoordigen. Het probleem met deze methode is dat het proces duur en traag is. Bovendien zijn er veel beperkingen verbonden aan de daadwerkelijke opslag van de gegevens zelf.
De benadering van Catalog suggereert om de synthese van moleculen los te koppelen van hun codering. Kortom, het bedrijf produceert eerst een enorme hoeveelheid van alleen bepaalde moleculen (wat de productiekosten aanzienlijk verlaagt), en codeert er vervolgens informatie in met behulp van een verscheidenheid aan kant-en-klare moleculen.
Als analogie vergelijkt Catalog de vorige benadering met de productie van aangepaste harde schijven met informatie die er al op is opgeslagen. Als u in dit geval nieuwe informatie vastlegt, moet u helemaal opnieuw een nieuwe harde schijf maken. De nieuwe benadering van Catalog kan worden vergeleken met massaproductie van lege harde schijven en het schrijven van nieuwe gecodeerde informatie daarnaar als dat nodig is.
Het draait allemaal om opslag
Het mooie hiervan is hoe groot de hoeveelheid gegevens kan worden opgeslagen in een zeer compacte ruimte. Als demonstratie gebruikte Catalog zijn technologie om verschillende sciencefictionboeken in DNA te coderen. Bijvoorbeeld de hele cyclus van romans The Hitchhiker's Guide to the Galaxy. Maar dit zijn allemaal kleinigheden vóór de openingsmogelijkheden.
“Als je vergelijkbare getallen vergelijkt, is het aantal bits dat je met DNA kunt opslaan een miljoen keer hoger dan dat van dezelfde solid-state drives. Laten we bijvoorbeeld de grootte van een gewone flashdrive nemen. Door de DNA-methode voor het opslaan van informatie te gebruiken, kun je een miljoen keer meer informatie naar een apparaat ter grootte van deze flashdrive schrijven dan naar een gewone flashdrive."
De vergelijking met solid-state schijven, merken de ontwikkelaars op, is nog steeds niet helemaal correct. Met DNA kun je veel meer informatie opslaan in een vergelijkbaar volume, maar met de technologie kun je er niet direct toegang toe geven, zoals bijvoorbeeld in het geval van dezelfde USB-drives. Catalogustechnologie zet informatie om in een vaste fysieke pellet (korrel) van een synthetisch polymeer.
Om toegang te krijgen tot deze informatie, moet u een gecodeerde synthetische polymeerpellet nemen, deze opnieuw hydrateren met water en deze vervolgens "lezen" met behulp van een DNA-sequencer. Als onderdeel van het proces zal het mogelijk zijn om de basenparen van DNA te isoleren, die vervolgens kunnen worden gebruikt om het aantal nullen en enen te berekenen dat informatie vormt. Van begin tot eind kan dit proces minstens een paar uur duren.
Om deze reden is deze technologie vooral gericht op de archiveringsmarkt, waar snelle toegang tot informatie niet vereist is. Meestal bedoelen we in dit geval gegevens die niet of zeer zelden worden gebruikt na het opnemen, maar die tegelijkertijd buitengewoon belangrijk zijn voor het opslaan. Laten we zeggen, net als uw koelkastgarantie, alleen op bedrijfsschaal.
Wat zijn de voordelen voor gewone gebruikers? Aan het begin van het artikel hadden we het erover dat de meesten van ons niet nadenken over wat er gebeurt en waar onze informatie is opgeslagen. Op solid-state media? Ja, al is het maar op magneetband. We zijn hier niet in geïnteresseerd, zolang we er op elk moment toegang toe hebben.
Vanwege de lengte van het informatieherstelproces, is het onwaarschijnlijk dat we ooit het niveau zullen bereiken waarop een Google Cloud of Yandex. Disk onze informatie zal opslaan in gigantische vaten met DNA. Als dezelfde catalogustechnologie zijn doeltreffendheid bewijst, zal deze hoogstwaarschijnlijk zijn plaats vinden in gebieden waar de benadering van langdurige informatieopslag wordt toegepast. Wat betreft de kortetermijnopslagmethode, waarbij momenteel zowel harde schijven als solid-state schijven worden gebruikt, zullen we op andere methoden moeten vertrouwen.
Perspectieven introduceren
Deze reageerbuis bevat miljoenen kopieën van gegevens die in DNA zijn gecodeerd.
Desalniettemin zie je hier bijna sci-fi mogelijkheden.
'Stel je voor dat een onder je huid geïmplanteerd granulaat alle informatie over je gezondheid bevat: je angiografische gegevens over magnetische resonantie, je bloedgroep, een röntgenfoto voor je tandarts', zegt Park.
"U wilt waarschijnlijk dat al deze gegevens altijd voor u beschikbaar zijn, maar u wilt ze niet ergens in de" cloud "of op een onbeveiligde ziekenhuisserver opslaan. Als u deze gegevens in de vorm van DNA altijd bij u heeft, kunt u ze fysiek beheren, indien nodig toegang krijgen, ze beperken tot alle anderen en ze rechtstreeks openen voor uw behandelende artsen.
“Bijna elk modern ziekenhuis heeft een DNA-sequencer. Ik zeg niet dat we momenteel precies dit doel nastreven door deze technologie te gebruiken, maar in de toekomst kan dit allemaal heel goed mogelijk worden”, aldus de ontwikkelaar.
De Catalogus voert momenteel experimentele projecten uit om de effectiviteit van de door hen ontwikkelde technologie aan te tonen.
"We hebben geen onoplosbare wetenschappelijke problemen, we praten nu meer over de taken van het optimaliseren van mechanische processen", zei Park.
Naar eigen zeggen, Park, besloot hij mee te doen aan onderzoek naar manieren om gegevens op te slaan met behulp van DNA, simpelweg omdat hij vond dat het een erg coole en innovatieve technologische benadering was om het bestaande grote probleem op te lossen. Nu, volgens de expert, kan deze technologie een van de belangrijkste technologieën van onze tijd worden.
Nikolay Khizhnyak