امکان ساخت هارد دیسک های بسیار بهینه تر با استفاده از مولکول DNA

جامعه‌ی اطلاعات‌محور با فعالیت زیاد فکری خود در حال به وجود آوردن حجم بسیار عظیمی از اطلاعات است؛ اطلاعاتی که دیگر امکان مدیریت و بهره‌برداری از آن‌ها با استفاده از روش‌های سنتی و متداول ذخیره‌ی اطلاعات وجود ندارد. از این‌رو دانشمندان به دنبال راه حلی برای مشکل اخیر در هارد دیسک موجود در جهان طبیعت هستند؛ منظورمان از این هارد دیسک طبیعی در واقع همان مولکول DNA است. دو نفر از محققان دانشگاه کلمبیا و مرکز ژنوم نیویورک به‌تازگی یک سیستم عامل کامل کامپیوتری، یک فیلم قدیمی، کارت هدیه‌ی آمازون و چند مورد از فایل‌های دیگر را روی رشته‌های DNA «نوشته‌اند» و با توجه به نتایج مطالعه‌ای که در آخرین نسخه از مجله‌ی ساینس منتشر شد، این دو پژوهشگر موفق شده‌اند آن‌ها را بدون از دست رفتن اطلاعات، بازیابی کنند.

چندین مزیت در استفاده از DNA به‌جای روش‌های متداول وجود دارد. مورد نخست این است که مولکول DNA بسیار کوچک‌تر از واسط‌های متداول به‌کاررفته در این زمینه است؛ به‌طوری‌که یک گرم از آن می‌تواند داده‌هایی به مقدار ۲۱۵ هزار برابر یک هارد دیسک یک ترابایتی ذخیره کند. از سوی دیگر این حافظه‌ها فوق‌العاده بادوام هستند. دانشمندان برای مثال از DNA-هایی با قدمت هزاران سال به‌منظور احیای مجدد ماموت‌های پشمالوی منقرض‌شده هم استفاده کرده‌اند. اما تا به امروز، آن‌ها توانسته‌ بودند تنها کسری از ظرفیت ذخیره‌سازی آن را استفاده کنند. نویسندگان مقاله‌ی مرتبط با این پژوهش، یانیف ارلیک و دینا زیلینسکی موفق شدند حداکثر مقدار تئوری از اطلاعات را در نوکلئوتید موجود در DNA با استفاده از روش جدیدی به کار بگیرند. این روش جدید با الهام از چگونگی استریم فیلم‌ها در سراسر شبکه‌ی اینترنت ایجاد شده است. ارلیک در مصاحبه‌ی خود با پایگاه ResearchGate در این باره توضیح داد:

ما بیت‌های فایل‌ را به نوکلئوتید موجود در DNA بازنمایی کردیم و در ادامه این نوکلئوتیدها را سنتز و مولکول‌ها را در یک لوله‌ی آزمایش ذخیره کردیم. ما برای بازیابی اطلاعات، مولکول‌ها را ترتیب‌بندی کردیم. این مرحله یکی از مراحل اساسی است. به‌منظور بسته‌بندی اطلاعات، ما از یک استراتژی به نام چشمه‌ی دی‌ان‌ای (DNA Fountain) استفاده کردیم که برای کارکرد خود از مفاهیم ریاضی نظریه‌ی کدگذاری استفاده می‌کند. همین استراتژی به ما اجازه‌ی دستیابی به بسته‌بندی مطلوب داد؛ دستیابی به بسته‌بندی مطلوب یکی از چالش‌برانگیزترین جنبه‌های پیش روی ما در این مطالعه بود.

هنگامی که یک سرویس استریم آنلاین مانند نتفلیکس اطلاعات را ارسال می‌کند، برای کارکرد خود از کدهای چشمه‌ای استفاده می‌کند که این کدها داده‌ها را به بسته‌های کوچک پارتیشن‌بندی می‌کنند. حتی اگر چند بسته‌ی معدود از داده‌ها در طی این روند از دست بروند، نتفلیکس کماکان می‌تواند کل جریان را بازسازی کند. DNA نیز دارای یک مشکل مشابه در این زمینه است؛ دانشمندان مولکول DNA را تنها می‌توانند در دسته‌های کوچک دسته‌بندی و ترتیب‌بندی کنند. چنین اتفاقی به این معنی است که باید مقادیر زیادی از داده‌ها به بخش‌هایی کوچک‌تری شکسته شوند و این امکان وجود دارد که بیت‌های آن‌ها در طی فرایند از دست بروند. ایراد دیگر DNA چیست؟ باید اشاره کنیم که این مولکول پس از ترتیب‌بندی ، تجزیه می‌شود؛ به این معنی که با خوانده‌ شدن هر چه بیشتر، اطلاعات بیشتری از آن از دست می‌رود. نکته‌ی امیدوارکننده در اینجا، این است که مولکول DNA به‌سادگی قابل بازگردانی است.

شرکت‌هایی مانند مایکروسافت در حال حاضر به DNA به‌عنوان یک گزینه برای ذخیره‌سازی اطلاعات نگاه می‌کنند، با این حال بر پایه‌ی برآوردی که ارلیک در ذهن خود دارد، احتمالا بیش از یک دهه طول خواهد کشید که این روش به‌طور گسترده قابلیت استفاده داشته باشد. وی در این باره توضیح می‌دهد:

ما هنوز در ابتدای راه هستیم؛ اما رسانه‌های مغناطیسی هم که امروزه به‌وفور استفاده می‌شوند، در سال‌های قبل از ارائه‌، چندین سال صرف تحقیق و توسعه‌شان شده بود.