Die Welt hat einen Mangel an freiem Speicherplatz für die Speicherung digitaler Daten. Dieses Problem besteht seit mehreren Jahren, aber gewöhnliche Menschen denken kaum darüber nach. Vor nicht allzu langer Zeit gab es eine Zeit, in der der freie Speicherplatz für die Aufzeichnung digitaler Daten durch die Größe der Festplatte Ihres Computers begrenzt war. Als das Limit erreicht war, haben wir uns entweder für eine neue Festplatte entschieden oder alles auf optischen Medien aufgezeichnet. Als sie endeten, haben wir nur die alten Daten gelöscht und neue aufgezeichnet. Aber es gibt diejenigen, die niemals Daten löschen.
Beispielsweise tun dies viele Unternehmen nicht, insbesondere diejenigen, deren Tätigkeits- und Wertbereich von den digitalen Informationen abhängt, über die sie verfügen. Zeiten ändern sich. Die Technologie schreitet voran. Jetzt werden die Informationen nicht gelöscht, sondern in die "Cloud" übertragen. Übrigens ist der Begriff "Wolke" sehr kurzlebig und spiegelt überhaupt kein reales physikalisches Naturphänomen wider. Er schien einfach sehr bequem und schön zu sein und sie verließen ihn. Wo werden die Daten gespeichert? Es spielt überhaupt keine Rolle, zumindest solange wir uns jederzeit an sie wenden können. Ist es wahrscheinlich, dass uns irgendwann der Cloud-Speicherplatz ausgeht? Niemand denkt darüber nach. Solange Sie für das Abonnement bezahlen, ist alles in Ordnung. Wenig Platz? Sie wählen einen neuen Tarifplan und erhalten noch mehr Platz für Ihre Informationen.
Diese Unordnung hat es den Menschen schwer gemacht, sich vorzustellen, dass uns eines Tages der freie Speicherplatz für digitale Daten ausgehen könnte. Früher war es schwer vorstellbar, dass früher oder später Süßwasser auf der Erde ausgehen könnte, dessen Reserven aufgrund seiner Zirkulation in der Natur wieder aufgefüllt werden. Aber hier ist die Realität. Im Jahr 2018 näherte sich die Wasserversorgung in Kapstadt, Südafrika, rasch der vollständigen Erschöpfung. Und wir, Menschen, die nicht darüber nachdenken, nähern uns schnell einem Mangel an freiem Speicherplatz für die Speicherung digitaler Daten.
Daten, Daten, Daten herum
Der Hauptgrund für diese Erschöpfung des freien Speicherplatzes hängt natürlich mit der Geschwindigkeit zusammen, mit der wir neue Daten produzieren. Weltweit werden dank 3,7 Milliarden Internetnutzern täglich etwa 2,5 Billionen Byte an Informationen generiert. Von allen heute verfügbaren digitalen Daten wurden 90 Prozent in den letzten zwei Jahren erstellt. Und mit der Zunahme der Anzahl gebrauchter intelligenter Geräte, die eine Verbindung zum World Wide Web (dem gleichen "Internet der Dinge") herstellen, werden diese Zahlen in naher Zukunft noch weiter zunehmen.
„Wenn Menschen über Cloud-Speicher sprechen, bedeutet dies oft, dass es unendlich viel freien Speicherplatz zum Speichern von Informationen gibt“, kommentiert Hyun Jun Park, Leiter und Mitbegründer von Catalog, einem Datenspeicherunternehmen, Digital Trends.
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„Die Cloud ist jedoch derselbe Computer, auf dem Ihre Daten gespeichert sind. Die Menschen erkennen einfach nicht, dass auf der Welt so viele digitale Daten generiert werden, dass das Tempo, mit dem sie produziert werden, unserer Fähigkeit, alles zu speichern, deutlich voraus ist. In naher Zukunft werden wir eine große Lücke zwischen der Menge nützlicher Daten und unserer Fähigkeit, sie mit herkömmlichen Medien zu speichern, sehen."
Da Cloud-Speicherunternehmen ständig damit beschäftigt sind, neue Rechenzentren zu bauen oder bestehende zu erweitern, ist es sehr schwierig vorherzusagen, wann wir tatsächlich den gesamten freien Speicherplatz verlieren werden. Laut demselben Park kann die Menschheit jedoch bis 2025 insgesamt mehr als 160 Zettabyte digitaler Informationen erzeugen (Zettabyte, für diejenigen, die es nicht wissen, sind dies Billionen Gigabyte). Wie viel von diesem Volumen können wir wirklich sparen? Etwa 12,5 Prozent, sagt Park.
Dieses Problem muss unbedingt angegangen werden.
Ist DNA die Antwort?
So sagen Park, Nathaniel Rocket und ihre Kollegen am Massachusetts Institute of Technology. Gemeinsam gründeten sie Catalog, in dessen Mauern eine Technologie entwickelt wurde, die laut ihren Machern die Art und Weise verändern könnte, wie wir darüber nachdenken, wie all unsere digitalen Daten in naher Zukunft gespeichert werden. Ihrer Meinung nach oder eher einer Aussage können digitale Daten aus aller Welt bald in einen Bereich passen, der nicht größer als ein Kleiderschrank ist.
Der Katalog bietet DNA-Codierung als geeignete Lösung. Es klingt alles wie eine der Geschichten des amerikanischen Science-Fiction-Schriftstellers Michael Crichton, aber die skalierbare und erschwingliche Lösung, die sie anbieten, ist durchaus realistisch und hat sogar Risikofinanzierungen in Höhe von 9 Millionen US-Dollar sowie die Unterstützung führender Professoren der Universitäten Stanford und Harvard angezogen.
„Mir wird oft die Frage gestellt: Wessen DNA verwenden wir? Es ist, als würden die Leute denken, wir nehmen einer Person DNA und verwandeln sie in Mutanten oder so etwas “, lacht Park.
Dies ist jedoch überhaupt nicht das, was der Katalog tut. Die DNA, mit der der Katalog Daten codiert, ist ein synthetisches Polymer. Es ist nicht biologischen Ursprungs und wird nicht auf Paaren stickstoffhaltiger Basen erzeugt, in denen Informationen aufgezeichnet sind. Eine Reihe von Nullen und Einsen, die in das Polymer geschrieben werden, kann auch nicht der Code von etwas Lebendigem sein. Trotzdem ist das resultierende Produkt biologisch praktisch nicht von dem zu unterscheiden, was wir in einer lebenden Zelle gewohnt sind.
Die Idee, dass DNA als alternatives Medium zur Speicherung digitaler Informationen angesehen werden kann, reicht mehrere Jahrzehnte zurück. Als James Watson und Francis Crick 1953 das erste Mal das DNA-Strukturmodell entwickelten. Aufgrund einer Reihe bedeutender Einschränkungen war es jedoch bisher nicht möglich, das enorme Potenzial der Verwendung von DNA als Mittel zur Speicherung digitaler Informationen zu erkennen, geschweige denn, wie all dies in die Realität umgesetzt werden kann.
In seiner üblichen Sichtweise konzentriert sich die Methode zum Speichern von Informationen durch DNA auf die Synthese neuer DNA-Moleküle. Abgleichen von Sequenzen von Informationsbits mit Sequenzen von vier DNA-Paaren und Produzieren von genügend Molekülen, um alle Zahlen darzustellen, die Sie speichern möchten. Das Problem bei dieser Methode ist, dass der Prozess teuer und langsam ist. Darüber hinaus gibt es viele Einschränkungen bei der tatsächlichen Speicherung der Daten.
Der Ansatz des Katalogs schlägt vor, die Synthese von Molekülen von ihrer Kodierung zu trennen. Grundsätzlich produziert das Unternehmen zunächst nur eine große Menge bestimmter Moleküle (was die Produktionskosten erheblich senkt) und codiert dann Informationen mit einer Vielzahl vorgefertigter Moleküle in diese.
Als Analogie vergleicht Catalog den bisherigen Ansatz zur Herstellung kundenspezifischer Festplatten mit Informationen, die bereits zuvor aufgezeichnet wurden. Das Aufzeichnen neuer Informationen impliziert in diesem Fall die Notwendigkeit, eine neue Festplatte von Grund auf neu zu erstellen. Der neue Ansatz von Catalog kann mit der Massenproduktion leerer Festplatten und dem Schreiben neuer codierter Informationen nach Bedarf verglichen werden.
Es geht nur um Lagerung
Das Schöne daran ist, wie groß die Datenmenge auf sehr kleinem Raum gespeichert werden kann. Als Demonstration nutzte Catalog seine Technologie, um verschiedene Science-Fiction-Bücher in DNA zu kodieren. Zum Beispiel der gesamte Zyklus der Romane Der Per Anhalter durch die Galaxis. Aber das sind alles Kleinigkeiten vor den Eröffnungsmöglichkeiten.
„Beim Vergleich vergleichbarer Zahlen ist die Anzahl der Bits, die Sie mit DNA speichern können, millionenfach höher als die, die von denselben Solid-State-Laufwerken angeboten werden. Nehmen wir zum Beispiel die Größe eines normalen Flash-Laufwerks. Mit der DNA-Methode zum Speichern von Informationen können Sie millionenfach mehr Informationen auf ein Gerät von der Größe dieses Flash-Laufwerks schreiben als auf ein normales Flash-Laufwerk."
Der Vergleich mit Solid-State-Laufwerken ist nach Ansicht der Entwickler immer noch nicht ganz korrekt. Mit DNA können Sie viel mehr Informationen in einem vergleichbaren Volumen speichern, aber die Technologie ermöglicht Ihnen keinen sofortigen Zugriff darauf, wie beispielsweise bei denselben USB-Laufwerken. Die Katalogtechnologie wandelt Informationen aus einem synthetischen Polymer in ein festes physikalisches Pellet (Granulat) um.
Um auf diese Informationen zugreifen zu können, müssen Sie ein codiertes synthetisches Polymerpellet nehmen, es mit Wasser rehydrieren und es dann mit einem DNA-Sequenzer „lesen“. Als Teil des Prozesses wird es möglich sein, die Basenpaare der DNA zu isolieren, die dann verwendet werden können, um die Anzahl der Nullen und Einsen zu berechnen, die Informationen bilden. Dieser Vorgang kann von Anfang bis Ende mindestens einige Stunden dauern.
Aus diesem Grund richtet sich diese Technologie in erster Linie an den Archivierungsmarkt, auf dem kein schneller Zugriff auf Informationen erforderlich ist. In der Regel bedeutet dies, dass Daten nicht oder nur sehr selten nach der Aufzeichnung verwendet werden, aber für die Aufbewahrung äußerst wichtig sind. Nehmen wir an, wie bei Ihrer Kühlschrankgarantie nur im Unternehmensmaßstab.
Wie wird all dies normalen Benutzern zugute kommen? Am Anfang des Artikels haben wir darüber gesprochen, dass die meisten von uns nicht darüber nachdenken, was passiert und wo unsere Informationen gespeichert sind. Auf Festkörpermedien? Ja, auch wenn nur auf Magnetband. Wir sind daran nicht interessiert, solange wir jederzeit Zugriff darauf haben.
Aufgrund der Länge des Informationswiederherstellungsprozesses ist es unwahrscheinlich, dass wir jemals das Niveau erreichen, in dem Google Cloud oder Yandex. Disk unsere Informationen in riesigen DNA-Bottichen speichern. Wenn dieselbe Katalogtechnologie ihre Wirksamkeit unter Beweis stellt, wird sie höchstwahrscheinlich ihre Nische in Bereichen finden, in denen der Ansatz der langfristigen Informationsspeicherung angewendet wird. Bei der Kurzzeitspeichermethode, bei der derzeit sowohl Festplatten als auch Solid-State-Laufwerke verwendet werden, müssen wir uns auf andere Methoden verlassen.
Perspektiven einführen
Dieses Reagenzglas enthält Millionen Kopien von Daten, die in DNA kodiert sind.
Trotzdem sieht man hier fast Science-Fiction-Möglichkeiten.
"Stellen Sie sich vor, ein unter Ihre Haut implantiertes Granulat enthält alle Informationen über Ihre Gesundheit: Ihre Magnetresonanz-Angiographiedaten, Ihre Blutgruppeninformationen, eine Röntgenaufnahme für Ihren Zahnarzt", sagt Park.
"Sie möchten wahrscheinlich, dass all diese Daten immer für Sie verfügbar sind, möchten sie jedoch nicht irgendwo in der" Cloud "oder auf einem ungesicherten Krankenhausserver speichern. Wenn Sie diese Daten jederzeit in Form von DNA bei sich haben, können Sie sie physisch verwalten, bei Bedarf Zugriff erhalten, sie auf alle anderen beschränken und sie direkt Ihren behandelnden Ärzten öffnen."
„Fast jedes moderne Krankenhaus verfügt über einen DNA-Sequenzer. Ich sage nicht, dass wir derzeit genau dieses Ziel verfolgen, diese Technologie einzusetzen, aber in Zukunft könnte dies alles durchaus möglich sein “, sagt der Entwickler.
Der Katalog befasst sich derzeit mit experimentellen Projekten, um die Wirksamkeit der von ihnen entwickelten Technologie zu demonstrieren.
"Wir haben keine unlösbaren wissenschaftlichen Schwierigkeiten, wir sprechen jetzt mehr über die Aufgaben der Optimierung mechanischer Prozesse", sagte Park.
Nach eigenen Angaben beschloss Park, nach Möglichkeiten zum Speichern von Daten mithilfe von DNA zu suchen, nur weil er dies für einen sehr coolen und innovativen technologischen Ansatz zur Lösung des bestehenden großen Problems hielt. Nach Ansicht des Experten kann diese Technologie nun zu einer der wichtigsten Technologien unserer Zeit werden.
Nikolay Khizhnyak
