کارت پانچی DNA: روشی ارزان با قابلیت ذخیره‌سازی بالای اطلاعات؟

تاریخ : ۰۶ آبان ۱۳۹۹

تعداد بازدید : ۱۵۸

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

با توجه به حجم اطلاعاتی که به صورت روزانه در جهان تولید می‌شود، ذخیره‌سازی این اطلاعات تنها در حافظه‌های فلش (سیستم‌های ذخیره‌سازی اطلاعات مورد استفاده در این تجهیزات) امکان‌پذیر نخواهد بود؛ زیرا پیش‌بینی می‌شود که میزان کل اطلاعات تولیدی در جهان تا سال 2040 حدود صد برابر مجموع ظرفیت جهانی حافظه‌های سیلیکونی میکروتراشه باشد.

به منظور جلوگیری از این بحران، پژوهشگران در حال تحقیق و بررسی بر روی وسیله‌ای جهت ذخیره‌سازی اطلاعات هستند؛ وسیله‌ای که زندگی نیز وابسته به آن است: DNA

به صورت تئوری می‌توان گفت با استفاده از DNA می‌توان یک زتابایت (یک میلیارد گیگابایت) اطلاعات را در یک مکعب DNA با ضلع یک میلی متر به مدت چندین هزار سال ذخیره‌سازی کرد. یکی از موانع پیش روی ذخیره‌سازی اطلاعات در DNA، فرآیند پرهزینه و پرخطای ساخت و سنتز توالی‌های جدید DNA منطبق بر کد دلخواه است.

الگیکا میلنکوویچ، پژوهشگر فعال در دانشگاه ایلینویز که در این زمینه تحقیقاتی انجام داده است، می‌گوید: «ساخت و سنتز DNA عاملی مهم در هزینه‌های ذخیره‌سازی، دقت و سرعت ثبت اطلاعات است.» او و همکارانش روشی نوین برای این کار پیشنهاد داده‌اند: به جای استفاده از روش‌های متداول سنتز DNA از طریق خراش (scratch)، از الگوی «ایجاد بریدگی (nick)» مولکول‌های DNA موجود برای کدگذاری استفاده شود. این روش الهام گرفته از کارت‌های پانچی است که بخش مشخص شده‌ای از کاغذ پانچ می‌شود و حفره‌ای در آن ایجاد می‌گردد. در رایانه‌های اولیه (عصر آنیاک) از کارت‌های پانچی برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده می‌شد.

در رویکردهای پیشین ذخیره‌سازی DNA، چهار جز کلیدی DNA به نام‌های آدنین، تیمین، سیتوسین و گوانین که با عنوان بازها شناخته می‌شوند، همانند بیت‌های الکترونیکی (صفر و یک‌هایی کدگذاری داده‌های دیجیتال را انجام می‌دهند) در نظر گرفته می‌شدند. به عنوان مثال هر کدام از این بازها می‌تواند یکی از مقادیر 00، 01، 10 و 11 را داشته باشند. اما در این روش به جای تبدیل بیت‌ها به کدهای DNA و ساخت و سنتز رشته‌های بازها، مواد ژنتیکی موجود را همانند کارت‌های پانچی در نظر می‌گیرد. در این میان آنزیم‌ها ایجاد کننده «حفره» هستند. اما در این شبیه‌سازی، «حفره» به معنای وجود پیوند میان مولکول‌های تشکیل‌دهنده ستون فقرات DNA است. وجود این ارتباط به معنی مقدار یک و عدم وجود آن نشان‌دهنده مقدار صفر است.

جالب توجه‌ترین بخش این پژوهش، میزان وابستگی آن به طبیعت است. پژوهشگران به این آنزیم‌ها اجازه می‌دهند تا بریدگی ایجاد کند (فرآیندی که آنزیم‌ها به طور طبیعی انجام می‌دهند) و اطلاعات ذخیره‌سازی شود.

پژوهشگران امیدوارند که این فرآیند ارزان‌تر و سریع‌تر از روش‌های دیگر که مبتنی بر ساخت و سنتز DNA است، انجام شود. آن‌ها معتقدند که راهبردهای نگهداری اطلاعات مبتنی بر DNA که در گذشته پیشنهاد شده است، مزایای قابل توجهی از جمله ذخیره‌سازی اطلاعات با تراکم 50-12 برابری نسبت به روش کارت پانچی دارند. اما بزرگترین مشکلی که در ذخیره‌سازی اطلاعات در DNA وجود دارد، تراکم نیست؛ بلکه هزینه است. هزینه‌هایی که در روش کارت پانچی وجود دارد، پایین است و البته می‌تواند پایین‌تر نیز باشد. در روش‌های پیشین کپی‌برداری‌های متعددی از اطلاعات صورت می‌گرفت تا از آن‌ها در مقابل خطاهای احتمالی محافظت کند. اما این کار ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را کاهش می‌دهد. در حالی که در روش توسعه داده شده کپی‌برداری با تعداد بسیار بالا انجام نمی‌شود. در نتیجه اختلاف قابل توجه میان ظرفیت ذخیره‌سازی این روش و روش‌های پیشین کاهش می‌یابد.

منبع : https://www.scientificamerican.com/article/punch-card-dna-could-mean-cheaper-high-capacity-data-storage/

نظر شما