Σε έναν κόσμο που παράγει δεδομένα με ρυθμούς εκθετικής αύξησης, η ανάγκη για ασφαλή, πυκνή και μακράς διάρκειας αποθήκευση γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική. Μια κινεζική ομάδα υπό τον Xingyu Jiang από το Southern University of Science and Technology παρουσιάζει μια “DNA cassette tape” — δηλαδή μια ταινία ψηφιακής αποθήκευσης όπου το DNA λειτουργεί ως μέσο κωδικοποίησης δεδομένων. Η τεχνολογία αυτή συνδυάζει στοιχεία της παλιάς μορφής αποθήκευσης (ταινίες) με σύγχρονη βιοτεχνολογία, και ανοίγει δρόμους για νέα αρχεία δεδομένων που θα διαρκούν αιώνες.
Τι είναι η ταινία DNA και τι υπόσχεται
Η ταινία αποτελείται από μείγμα πολυεστέρα (polyester-nylon) που καλύπτεται με ειδικά barcodes/διακριτές περιοχές αποθήκευσης (“data partitions”). Αυτές οι περιοχές επισημαίνονται μέσω barcodes ώστε να μπορεί το σύστημα να εντοπίζει ποια κομμάτια της ταινίας περιέχουν ποιες πληροφορίες.
Τα δεδομένα μετατρέπονται σε κώδικα DNA (μείγμα βάσεων A, T, C, G) και εγγράφονται στις υδρόφιλες (που έλκουν νερό) περιοχές της ταινίας, ενώ οι υδροφοβικές περιοχές, μαζί με το barcode, βοηθούν στην προστασία και στον διαχωρισμό.
Θεωρητικά, η χωρητικότητα της ταινίας DNA αγγίζει 362 petabytes ανά χιλιόμετρο υπό ιδανικές συνθήκες. Πρακτικά, η ομάδα έχει εγγράψει δοκιμαστικά ~156,6 kilobytes δεδομένων (μία εικόνα που απεικονίζει μία κινέζικη φαντασμαγορική λάμπα) και κατάφερε επιτυχή ανάκτηση, αλλά με πολύ αργούς χρόνους.
Πλεονεκτήματα που ξεχωρίζουν
Εξαιρετική πυκνότητα αποθήκευσης
Λίγος χώρος αποθηκεύει τεράστιες ποσότητες δεδομένων. Η ιδέα ότι ένα κομμάτι ταινίας DNA μήκους χιλιομέτρου μπορεί να συγκριθεί με δεκάδες σκληρούς δίσκους ή μεγάλο αριθμό LTO ταινιών ανοίγει εντυπωσιακές προοπτικές.
Διάρκεια και σταθερότητα
Το DNA, όταν προστατεύεται κατάλληλα (τύπου επίστρωσης ή κάλυψης), θεωρητικά μπορεί να διατηρήσει την πληροφορία για δεκαετίες ή αιώνες. Η ταινία DNA έχει σχεδιαστεί με προστατευτικό κρύσταλλο και ειδικές στρώσεις για να μειώσει τη φθορά.
Αποθήκευση “cold data”
Ιδανική χρήση για αρχεία που δεν χρειάζονται συχνή πρόσβαση (π.χ. αρχεία αρχείων, ιστορικά δεδομένα, πολιτιστικά στοιχεία), όπου η ταχύτητα δεν είναι πρωταρχική προτεραιότητα.
Οι σημαντικές προκλήσεις
Ταχύτητα εγγραφής / ανάκτησης
Στην πρακτική δοκιμή, η ανάκτηση της εικόνας πήρε ~2,5 ώρες για τα ~156,6 KB. Είναι σαφές ότι για μαζική χρήση, κάτι τέτοιο δεν είναι βιώσιμο. Η ομάδα πιστεύει ότι με βελτιστοποιήσεις ο χρόνος αυτός μπορεί να μειωθεί, αλλά ακόμα παραμένει μεγάλων διαστάσεων η απόκλιση.
Κόστος και εξοπλισμός
Σύνθεση DNA, εξοπλισμός ανάγνωσης-seq, προστατευτικές επενδύσεις είναι ακριβές και προς το παρόν δεν βρίσκεται σε επίπεδο “off-the-shelf” λύσεων.
Απώλειες δεδομένων / ακρίβεια
Barcodes, ενδεχόμενες απώλειες κατά τη σύνθεση ή αποσύνθεση DNA, σφάλματα στην αντίδραση χημικών, διάβρωση του DNA με το χρόνο και περιβαλλοντικές συνθήκες.
Διατήρηση φυσικών περιβαλλόντων
Σε εργαστήρια μπορεί να υπάρχει έλεγχος θερμοκρασίας / υγρασίας / φωτός. Στον “πραγματικό κόσμο”, τέτοιες συνθήκες μπορεί να μην ισχύουν, και αυτό μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής ή να οδηγήσει σε φθορά.
Πότε μπορεί να γίνει χρήσιμη λύση
Όταν η ταχύτητα ανάγνωσης/εγγραφής βελτιωθεί επαρκώς ώστε να γίνει πρακτική χρήση.
Όταν το κόστος της σύνθεσης DNA, των χημικών, της διαχείρισης εξοπλισμού μειωθεί σε επίπεδα συγκρίσιμα προς τις παραδοσιακές λύσεις αποθήκευσης για μεγάλα αρχεία.
Σε περιβάλλοντα όπου τα δεδομένα δεν χρειάζονται γρήγορη πρόσβαση — αρχεία που χρήζουν διατήρησης, πολιτιστικά στοιχεία, μακροχρόνια αρχεία κρατικών φορέων.
Η “DNA cassette tape” που αναπτύσσουν οι Κινέζοι επιστήμονες είναι μία από τις πιο φιλόδοξες προσπάθειες αποθήκευσης δεδομένων που έχουμε δει φέτος. Η θεωρητική δυνατότητα είναι τεράστια — petabytes ανά χιλιόμετρο — όμως στην πράξη υπάρχει ακόμη μεγάλο χάσμα: η ταχύτητα είναι αργή, το κόστος υψηλό και η κλίμακα ακόμη περιορισμένη.
Αν όμως αυτές οι τεχνολογίες ωριμάσουν, μπορούμε να φανταστούμε μια εποχή όπου η αποθήκευση μεγάλων “cold archives” θα γίνεται με μέσα που θα καταναλώνουν ελάχιστη ενέργεια και θα διαρκούν αιώνες. Είναι πια ξεκάθαρο ότι οι παραδοσιακές λύσεις αποθήκευσης αντιμετωπίζουν όρια — και ότι η DNA-ταινία μπορεί να είναι ένα από τα μέλλοντα.
