ذخیره میلیاردها گیگابایت داده در گاوصندوق دیجیتال نانویی!
به گزارش نئوپدیا، دانشمندان نشان داده اند که دی ان ای می تواند حجم عظیمی از داده ها را در فضایی بسیار کوچک ذخیره کند. آنها همینطور با بهره گیری از ساختارهای نانویی دی ان ای، روشی تازه برای رمزنگاری امن اطلاعات عرضه کرده اند. این فناوری امکان دارد در آینده جایگزینی پایدار و فوق فشرده برای حافظه های رایج دیجیتال باشد
به گزارش نئوپدیا به نقل از ایسنا، پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا (Arizona State University – ASU) در دو مطالعه تازه نشان داده اند که «دی ان ای» (DNA) می تواند نه فقط بعنوان رسانه ای فوق فشرده برای ذخیره حجم عظیم داده ها به کار رود، بلکه بستری نوین برای رمزنگاری و محافظت از اطلاعات در مقیاس مولکولی فراهم آورد؛ دستاوردی که می تواند آینده سیستم های ذخیره سازی و امنیت دیجیتال را دگرگون کند.
از آغاز عصر کامپیوتر تاکنون، دو چالش اساسی همواره ذهن محققان را به خود مشغول کرده است: نخست، چطور میتوان سیل فزاینده داده های دیجیتال را ذخیره کرد؛ و دوم، چطور میتوان این اطلاعات را از دسترسی های بدون مجوز مصون داشت. حالا گروهی از دانشمندان «مؤسسه بایودیزاین» در دانشگاه ایالتی آریزونا بهمراه همکاران خود، پاسخی غیرمنتظره اما الهام گرفته از طبیعت عرضه کرده اند: سودجستن از مولکول حیات، یعنی دی ان ای، بعنوان یک سکوی اطلاعاتی.
یافته های این مطالعه ها که در نشریات «مواد کاربردی پیشرفته» (Advanced Functional Materials) و «ارتباطات طبیعت» (Nature Communications) پخش شده، جایگزینی زیست الهام برای راهکارهای مبتنی بر سیلیکون پیشنهاد می دهد. بگفته «هائو یان»، استاد ممتاز دانشکده علوم مولکولی و مدیر مرکز طراحی مولکولی و زیست الگو در ASU، فناوری اطلاعات دهه ها به سیلیکون وابسته بوده است، اما حالا می توان دی ان ای را نه فقط ماده ژنتیکی، بلکه بستری برای ذخیره و صیانت از اطلاعات دانست.
در اولین مطالعه، تمرکز محققان بر ذخیره سازی داده ها با بهره گیری از شکل فیزیکی دی ان ای بوده است، نه صرفا توالی حروف ژنتیکی آن. دی ان ای به علت چگالی ذخیره سازی بی نظیر و پایداری شگفت انگیزش ــ که نمونه هایی از آن بعد از حدود دو میلیون سال در رسوبات گرینلند بازیابی شده ــ گزینه ای جذاب برای آرشیو طولانی مدت اطلاعات بشمار می رود.
دانشمندان ساختارهای بسیار کوچک دی ان ای را طراحی نموده اند که همانند «حروف فیزیکی» یک الفبا عمل می کنند و هر یک حامل قسمتی از اطلاعات هستند. هنگامی که این ساختارها از درون یک سنسور نانومقیاس عبور می کنند، نرم افزارهای مبتنی بر یادگیری ماشین، سیگنال های الکتریکی ظریف تولیدشده را ثبت و تحلیل می کنند. سپس سامانه می تواند داده ها را با دقت بالا به واژه ها و پیام های خوانا تبدیل کند.
این شیوه، در مقایسه با شیوه های متداول ذخیره سازی دی ان ای که به توالی یابی ژنتیکی کند و پرهزینه وابسته اند، سریع تر، کم هزینه تر و مقیاس پذیرتر است. چشم انداز پیش رو نشان داده است که دی ان ای می تواند به رسانه ای فوق متراکم، بادوام و ایمن برای نگهداری داده های علمی، فرهنگی و حتی اسناد تاریخی بدل شود؛ آن هم با مصرف حداقلی فضا و انرژی.
اما نوآوری محققان به ذخیره سازی محدود نمی گردد. در مطالعه دوم، آنها نشان داده اند که نانوساختارهای دی ان ای می توانند بعنوان ابزاری برای رمزنگاری پیشرفته هم به کار روند. در این مطالعه، ساختارهای معروف به «اوریگامی دی ان ای» طراحی شده اند؛ آرایش های تاخورده ای از رشته های دی ان ای که اشکال دقیق دوبعدی و سه بعدی ایجاد می کنند. در این رویکرد، اطلاعات نه بصورت بیت های ساده، بلکه در الگو و آرایش این ساختارهای نانومقیاس رمزگذاری می شود.
برای خواندن این داده های رمزگذاری شده، محققان از نوعی میکروسکوپ با قدرت تفکیک بسیار بالا بهره برده اند که می تواند ساختارهای منفرد دی ان ای را با دقت چشم گیر مشاهده کند. سپس الگوریتم های یادگیری ماشین هزاران تصویر مولکولی را تحلیل کرده و الگوهای مشابه را گروه بندی می کنند تا پیام اصلی بازسازی شود. بدون چارچوب رمزگشایی صحیح، این الگوها عملا بی معنا خواهند بود و همین ویژگی، لایه ای ذاتی از امنیت فراهم می آورد.
این رویکرد، تعداد کدهای مولکولی قابل تولید را به طرز شایان توجهی می افزاید و امکان رمزگشایی بدون مجوز را بسیار دشوارتر می کند. افزون بر آن، ذخیره اطلاعات در ساختارهای سه بعدی دی ان ای، سطحی تازه از پیچیدگی و امنیت را به هر «کلید مولکولی» می افزاید.
به نقل از ستاد نانو، در مجموع، این دو پژوهش نشان داده است که دی ان ای می تواند هم زمان نقش یک رسانه ذخیره سازی فشرده و سکوی امن مدیریت اطلاعات را ایفا کند. یکی از فناوری ها بر خوانش سریع و الکترونیکی اطلاعات مولکولی تاکید دارد و دیگری از خودِ الگوهای مولکولی بعنوان حاملان رمزگذاری شده بهره می برد.
کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است؛ از آرشیو فوق فشرده داده های علمی و پرونده های پزشکی گرفته تا محافظت از اطلاعات حساس در حالی که تجهیزات الکترونیکی متعارف کارآمدی خودرا از دست می دهند، مانند دماهای بسیار بالا، محیط های پرتوزا یا نگهداری های چندده ساله. این موفقیت، همگرایی فزاینده زیست شناسی، علم مواد، محاسبات و الکترونیک را به نمایش می گذارد و نشان داده است که آینده ذخیره سازی و امنیت اطلاعات شاید در دل همان مولکولی نهفته باشد که راز حیات را در خود حمل می کند.
هنگامی که این ساختارها از درون یک حسگر نانومقیاس عبور می کنند، نرم افزارهای مبتنی بر یادگیری ماشین، سیگنال های الکتریکی ظریف تولیدشده را ثبت و تحلیل می کنند. این شیوه، در مقایسه با شیوه های متداول ذخیره سازی دی ان ای که به توالی یابی ژنتیکی کند و پرهزینه وابسته اند، سریع تر، کم هزینه تر و مقیاس پذیرتر است. کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است؛ از آرشیو فوق فشرده داده های علمی و پرونده های پزشکی گرفته تا حفاظت از اطلاعات حساس در حالیکه تجهیزات الکترونیکی متعارف کار آمدی خودرا از دست می دهند، مانند دماهای بسیار بالا، محیط های پرتوزا یا نگهداری های چندده ساله.
این مطلب نئوپدیا را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب