باورنکردنی: یوتیوبر معروف موفق شد یک تصویر دیجیتال را در یک پرنده زنده ذخیره کند!
به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان ، در روزگاری که ذخیره‌سازی داده‌ها به قلمرو حافظه‌های SSD و فضای ابری محدود شده، یک موسیقی‌دان کنجکاو موفق شده روش کاملاً متفاوتی را امتحان کند: استفاده از صدای پرنده به‌عنوان رسانه‌ای برای نگهداری اطلاعات! این طرح نه‌تنها یک شاهکار خلاقانه فنی و زیستی است، بلکه دریچه‌ای تازه به دنیای ذخیره‌سازی آینده باز می‌کند؛ جایی که طبیعت بخشی از معماری داده می‌شود.
در عصری که داده‌ها در واحدهای ترابایتی روی ابررایانه‌ها، سرورها و حافظه‌های نیمه‌رسانا ذخیره می‌شوند، تصور اینکه بتوان یک فایل تصویر را روی صدای یک پرنده ذخیره کرد، بیش از آنکه علمی به نظر برسد، بیشتر شبیه داستانی از فیلم‌های علمی و تخیلی بسیار عجیب در قرن‌های آینده است.
اما بن جوردن، موسیقی‌دان و پژوهشگر حوزه آکوستیک، این تصور را به واقعیت بدل کرده و موفق شده است یک فایل تصویری دیجیتال را با بهره‌گیری از پردازش طیفی صوت و آموزش آوایی به یک پرنده (یک سار اروپایی) منتقل کند. به بیان ساده می‌توان گفت که جوردن یک روش بسیار خلاقانه و جدید برای ذخیره‌سازی داده‌ها روی یک بستر زیستی و طبیعی را خلق کرده است.
مبنای علمی پروژه: از تصویر به طیف صوتی
جوردن در پروژه‌اش (که می‌توانید ویدئوی کامل آن را در این لینک ببینید) از نرم‌افزاری با قابلیت ساخت سنتز طیفی استفاده کرده است. این نرم‌افزار نوعی ابزار تولید صداست که به کاربر امکان می‌دهد با ترسیم مستقیم در یک طیف‌نگار، نمایه‌ای دوبُعدی از شدت فرکانسی سیگنال در زمان را به صورتی فایل صوتی متناظری از آن ایجاد کند. این نرم‌افزارها با بهره‌گیری از تبدیل فوریه سریع (FFT) و معکوس آن، قادرند تصاویر دوبعدی را به طیف فرکانسی و سپس به سیگنال صوتی تبدیل کنند.
تصویر الگوی ترسیم شده در محیط طیف‌نگاری
برای فاز عملی طرح، جوردن یک تصویر ساده از یک پرنده را در محیط طیف‌نگاری ترسیم و خروجی صوتی آن را استخراج کرد. سپس با استفاده از بلندگوی اولتراسونیک و سیستم ضبط سفارشی، این صدا را بارها برای یک سار اروپایی پخش کرده تا رفتار تقلیدی پرنده تحریک و فعال شود. در نظر داشته باشید که این گونه سار دارای اندام ویژه‌ای به نام سیرینکس (syrinx) هستند؛ ساختاری در پایین نای آن‌ها که به دلیل طراحی دوشاخه‌ای و کنترل مستقل عضلانی، امکان تولید چند فرکانس هم‌زمان با دقت بالا را فراهم می‌کند.
این ویژگی، از نگاه علم آواشناسی، معادل پردازنده‌ای چندهسته‌ای برای تولید صوت محسوب می‌شود. به موجب این موهبت در خلقت، سارها قادر به تقلید پیچیده‌ترین الگوهای صوتی بوده و حتی اگر شامل افکت‌های فضایی مانند ریورب، نویز مصنوعی، یا دینامیک متغیر فرکانسی باشند نیز می‌توانند آن را تولید کنند.
تحلیل فنی فرآیند رمزگذاری و بازیابی تصویر
جوردن پس از چند نوبت تکرار، موفق شد فایل صوتی تصویری‌شده خود را با دقت بالا توسط پرنده بازتولید کند. نکته کلیدی در این مرحله، مقایسه طیف‌نگار صدای تولیدشده توسط پرنده با نسخه اصلی است. داده‌های بازسازی‌شده نشان دادند که پرنده در بازه فرکانسی اصلی (بین ۲ تا ۸ کیلوهرتز) توانسته است با دقت کافی الگوی فرکانسی را حفظ کند؛ به‌طوری که تصویر اولیه مجدداً در فضای دوبعدی طیف‌نگار قابل تشخیص هستند. این فرایند از نگاه نظری مشابه تبدیل یک کد QR صوتی به پیام بازسازی‌شده است.
خروجی طیف‌نگاری از صدای تولیدشده توسط پرنده
بر اساس تخمین جوردن، محتوای طیف در هر تکرار حدود ۱۷۶ کیلوبایت داده غیر فشرده (RAW) را شامل می‌شود. اگر این داده‌ها با یک الگوریتم فشرده‌سازی صوتی با نسبت ۱۰:۱ (معادل برخی کدک‌های فشرده‌سازی صوت مانند MP3 یا Ogg Vorbis) پردازش می‌شدند، امکان ذخیره‌سازی اطلاعات با نرخ تقریبی ۲ مگابایت بر ثانیه به‌صورت صوتی وجود داشت. برای مقایسه، سرعت نوشتن حافظه‌های SSD مدرن با رابط SATA III در محدوده ۵۰۰ مگابایت بر ثانیه قرار دارد؛ با این تفاوت که SSDها توان پرواز ندارند!
آیا ذخیره اطلاعات روی موجود زنده، کاربردی است؟
اگرچه این روش از منظر مهندسی داده، بسیار غیرعملی و ناپایدار به نظر می‌رسد و ممکن است پرنده به هر دلیلی صدا را تغییر داده، فراموش کند یا آن را با صداهای محیط ترکیب کند، اما از منظر پژوهش‌های میان‌رشته‌ای در زمینه ذخیره‌سازی زیستی (Bio-Storage) و ارتباط صوتی بین موجودات زنده، پروژه‌ای پیشگامانه محسوب می‌شود.
در دنیایی که شرکت‌هایی مانند Microsoft Research روی ذخیره‌سازی DNA و رمزگذاری کوانتومی کار می‌کنند، این آزمایش نشان می‌دهد که طبیعت، ظرفیت‌های بالقوه‌ای درون خود دارد که با ابزارهای نوین دیجیتال قابل بهره‌برداری‌اند. البته نظر شخصی نگارنده خبر این است که این طرح بیشتر می‌تواند یک الگوی الهام‌بخش باشد تا کاربردی.
در پایان شاید بهتر باشد به صحبتی که جوردن در مورد طرح خود با لحنی طنزآمیز می‌گوید نیز اشاره کنیم:
ما حالا در جهانی زندگی می‌کنیم که اگر واقعاً نیاز باشد، می‌توانیم فایل‌ها را روی پرنده‌ها ذخیره کنیم و راستش را بخواهید من ترجیح می‌دهم در چنین جهانی باشم تا جهانی که این امکان را ندارد.
نظر شما در مورد این ایده خلاقانه و متفاوت در حوزه ذخیره‌سازی زیستی اطلاعات چیست؟
