ایجاد فضای ابری با ذخیره‌سازی در DNA

به گزارش واحد فناوری اطلاعات سایبربان؛ هم‌اکنون پژوهشگرهای بسیاری از سراسر دنیا در حال تحقیق برای ذخیره‌سازی اطلاعات روی دی.اِن.اِی (DNA) موجودات زنده هستند. شرکت مایکروسافت نیز تاکنون اقداماتی را برای جایگذاری ویدئو و اسناد مختلف روی دی.ان.ای انجام داده است.
محققان مایکروسافت به تازگی اعلام کرده‌اند در حال ساخت ابزاری هستند که به جای نوارها¹ (tape drives) از نمونه‌های بیولوژیکی برای ذخیره‌سازی استفاده می‌کند.
معماران رایانه‌ی بخش تحقیقات مایکروسافت (Microsoft Research)، توضیح دادند هدف این شرکت تولید نوعی دستگاه ذخیره‌سازی عملیاتی بر پایه‌ی دی.ان.ای است که در داخل مراکز داده به کار گرفته می‌شود و تا پیش از پایان دهه‌ی فعلی به بهره‌برداری می‌رسد.
داگ کارمین (Doug Carmean)، یکی از معماران مایکروسافت گفت: «نمونه‌ی اولیه‌ی تجاری ابزار یاد شده در طول سه سال گذشته در یکی از مراکز داده‌ی ما برای ذخیره‌سازی مقداری اطلاعات روی دی.ان.ای مورد استفاده قرار گرفته است.»
کارمین توضیح داد، دستگاه آن‌ها اندازه‌ای به بزرگی ابزارهای کپی زیراکس دهه‌ی 1970 دارد.
کارمن با بیان این که هدف مایکروسافت فراتر از ایجاد جایگزینی برای نوارها است ادامه داد: «ما امیدواریم بتوانیم امکان ذخیره‌سازی داده‌ها روی دی.ان.ای را برای مردم نیز فراهم کنیم.»
شرکت‌های مختلفی هم‌اکنون در زمینه‌ی نحوه‌ی ذخیره‌سازی تصاویر، ویدئوها و اسناد روی مولکول‌هایی مشابه ژن انسان تحقیق می‌کنند. ویکتور زیرناو (Victor Zhirnov)، دانشمند ارشد شرکت تحقیقات نیمه‌هادی آمریکا (Semiconductor Research Corporation) دلیل این اقدام را تلاش برای کوچک‌سازی حافظه‌های رایانه‌ای بیان کرد؛ زیرا دی.ان.ای می‌تواند حجم بالاتری از داده‌ها را در تراکمی بسیار بیشتر و غیرقابل باور ذخیره کند. به عنوان مثال می‌توان تمام فیلم‌های سینمایی ساخته شده تا به این لحظه را در بخشی کوچک‌تر از یک دانه‌ی شکر ذخیره کرد.
زیرناو گفت: «دی.ان.ای یکی از متراکم‌ترین رسانه‌های ذخیره‌سازی شناخته شده در جهان است که بر اساس قوانین فیزیکی عمل می‌کند؛ به همین دلیل است که بسیاری از مردم می‌خواهند به این فناوری دست پیدا کنند. مسئله‌ای که ما برطرف کردیم ایجاد راه‌حلی برای نگاه‌داری از داده‌هایی است که به‌صورت نمایی در حال رشد هستند.»
مایکروسافت در ماه جولای سال 2016 اعلام کرد موفق شده است 200 مگابایت داده را –شامل ویدئو- روی یک رشته دی.ان.ای ذخیره کند. نتایج این تحقیقات در ماه مارس این تحقیقات با همکاری مشترک بخش تحقیقات مایکروسافت و آزمایشگاه علوم رایانه‌ی دانشگاه واشنگتن صورت گرفت.
یکی از چالش‌های اصلی جایگذاری داده‌ها روی دی.ان.ای، تبدیل کردن بیت‌های دیجیتالی به کدهای ژنتیکی است که از یک زنجیره‌ی نوکلئوتید (nucleotides) نام‌گذاری شده به صورت «A»، «G»، «C» و «T» است. به علاوه این تبدیل بسیار مشکل بوده و هزینه‌های زیادی دارد. برای نمونه در تحقیقات مذکور از 13,448,372 قطعه دی.ان.ای منحصر به فرد استفاده شد و مایکروسافت برای خرید این میزان از مواد از بازار آزاد 800 هزار دلار هزینه کرده است؛ اما پژوهشگران این شرکت معتقدند هزینه‌ی ذخیره‌سازی روی دی.ان.ای باید به کمتر از 10 هزار دلار کاهش پیدا کند.
کارمین یکی دیگر از مسائل حیاتی دستاورد یاد شده را نوشته شدن خودکار داده‌ها در دی.ان.ای می‌داند. وی با اشاره به اینکه آزمایش صورت گرفته چندین هفته به طول انجامید، تخمین می‌زند، سرعت انتقال اطلاعات تنها 400 بایت در ثانیه بوده است؛ اما باید بتوان مقدار آن را به 100 مگابایت در ثانیه افزایش داد.
برخلاف نوشتن، خواندن داده‌ها از دی.ان.ای بسیار ساده‌تر صورت می‌گیرد. برای این کار از یک دستگاه توالی² (sequencing machine) با سرعت بالا استفاده می‌شود که عملکردی مشابه حافظه‌های دسترسی تصادفی روی رایانه‌های امروزی دارد. مایکروسافت معتقد است دو برابر کردن سرعت عمل این سامانه برای تبدیل کردن آن به یک ابزار تجاری کافی به نظر می‌رسد.
از آنجایی خواندن و نوشتن روی دی.ان.ای به آهستگی انجام می‌گیرد، استفاده از نمونه‌های اولیه‌ی فناوری یاد شده به شرایط خاصی محدود می‌شود. به عنوان مثال می‌توان از آن‌ها برای ذخیره‌سازی داده‌های قانونی و نظارتی مانند سوابق پزشکی و اطلاعات دوربین‌های نصب شده در لباس پلیس‌ها بهره گرفت.
در حال حاضر مایکروسافت با شرکت تولیدکننده‌ی دی.ان.ای توییست بایوساینس (Twist Bioscience) سانفرانسیسکو در زمینه‌های یاد شده همکاری می‌کند. توییست یکی از چند شرکت تازه تأسیسی است که روی بهبود تولیدات دی.ان.ای فعالیت می‌کنند. این شرکت هم‌اکنون طرح‌هایی را با نام‌های «DNAScript»، «Nuclera Nucleics»، «Evonetix»، «Molecular Assemblies»، «Catalog DNA»، «Lelixwroks» و «Genome Foundry» را راه‌اندازی کرده است.
زیرناو توضیح داد تولیدکنندگان تراشه‌های رایانه‌ای تحقیقات روی دی.ان.ای را به صورت جدی دنبال می‌کنند؛ زیرا رسانه‌های ذخیره‌سازی امروزی با محدودیت‌های فیزیکی بسیاری همراه هستند. شرکت‌های مایکروسافت، اینتل و نیمه‌هادی آمریکا از سال 2013 در این زمینه با یکدیگر همکاری می‌کنند.
زیرناو اشاره کرد دی.ان.ای می‌تواند در فضایی بسیار کمتر، حجم بالاتری از اطلاعات را در خود ذخیره کند. همچنین داده‌های موجود روی آن بسیار پایدار بوده و تا میلیون‌ها سال قابل بازیابی هستند. به علاوه قابلیت جای گذاری یک کوانیتلیون بایت³ (quintillion) داده تنها در فضایی به وسعت یک میلی‌متر مکعب وجود دارد.

__________________________________

1- نوار گردان یک دستگاه ذخیره‌سازی داده است که عملیات خواندن و نوشتن داده بر روی نوار مغناطیسی را انجام می‌دهد. از نوار مغناطیسی ذخیره داده به طور معمول برای ذخیره‌سازی داده‌های بایگانی شده به صورت آفلاین استفاده می‌شود.
2- ماشین توالی یا توالی دی.ان.ای، یک ابزار علمی است که با دریافت یک رشته دی.ان.ای توالی قرار گرفتن «G» ،«C» ،«A» و «T» را در آن مشخص می‌کند.
3- یک کوانتلیون بایت معادل 10¹⁸ بایت است.