Microsoft introduceert volledig geautomatiseerd DNA-datastopsysteem

Onderzoekers bouwen het eerste geautomatiseerde systeem om data op te slaan en op te halen in kunstmatig DNA. Ze slaidden en haalden vervolgens het 5-byte bericht 'HELLO' op. DNA-gebaseerde systemen kunnen massive hoeveelheden data in relatief weinig ruimte opslaan en veel langer duren dan bestaande opslagapparaten.

Hoe het werkt

We leven in een wereld vol data en het neemt met verbazingwekkende snelheden toe. Volgens de 6e editie van DOMO's rapport is 90% van de werelds data in de laatste 2 jaar gegenereerd. Meer dan 2,5 exabytes (of 2,5 miljoen terabytes) data worden elke dag aangemaakt, en dit tempo versnelt alleen met de groei van het Internet of Things.

Microsoft onderzoekt technieken om dergelijke enorme hoeveelheden data efficiënt op te slaan. Het bedrijf werkt momenteel aan moleculaire computing-technologieën om data in gefabriceerd DNA te versleutelen en op te halen.

In vergelijking met silicium-gebaseerde chips kan DNA een massive volume digitale informatie in relatief kleine ruimte opslaan. Het kan alle data die momenteel opgeslagen is in een magazijn-grote datacenter inpakken in een ruimte van de grootte van een luciferdoosje.

In 2018 toonden onderzoekers van de Universiteit van Washington een techniek waarbij ze 1GB data (afbeeldingen, audio, video's, literaire werken) in synthetisch DNA konden opslaan.

Onlangs kwam een onderzoeksploeg van de Universiteit van Washington en Microsoft met een geautomatiseerd systeem om data op te slaan en op te halen in kunstmatig DNA. Dit is de eerste keer dat iemand een volledig geautomatiseerd systeem demonstreert om informatie in DNA te bewaren.

Met het prototypesysteem slaidden ze op en haalden ze vervolgens het 5-byte bericht 'HELLO' op. Eigenlijk codeerden ze het bericht in fragmenten van kunstmatig DNA en transformeerden het terug naar digitale data.

Hoe werkt het?

Om data in synthetische DNA-moleculen op te slaan, vereisen verschillende intermediaire stappen handmatige actie in het onderzoekslab. Het automatiseren van die processen zou opslag betaalbaarder maken op commerciële schaal. Het doel van deze studie is om te bewijzen dat het mogelijk is om volledige automatisering te bereiken.

Referentie: Nature | doi:10.1038/s41598-019-41228-8 | Microsoft

Het systeem dat in dit onderzoek ontwikkeld is, converteert digitale data ('nullen' en 'enen') in bouwstenen van DNA ('A's', 'T's', 'C's' en 'G's'). Vervolgens gebruikt het een paar off-the-shelf instrumenten om de essentiële chemicaliën en vloeistoffen in een synthesizer (creëert en fragmenten van DNA) te laten stromen en ze in een container te sturen voor opslag.

Credit: Microsoft

Om de data op te halen, bereidt het systeem de DNA voor (door andere chemicaliën toe te voegen) en duwt het in een ander gedeelte via microfluïdische pompen, waar DNA-sequenties gelezen en teruggeconverteerd worden naar digitale data.

Het team bouwde ook methoden om nuttige berekeningen uit te voeren — zoals zoeken en alleen afbeeldingen ophalen die een groene fiets of een appel bevatten — met behulp van de moleculen alleen, zonder de data terug te converteren naar een digitaal formaat.

Een nieuw soort computing-systeem

Onder de juiste omstandigheden kan DNA veel langer duren dan bestaande opslagapparaten die in een paar decennia degradatie. Omdat DNA-gebaseerde systemen vloeibare chemicaliën gebruiken om moleculen te verplaatsen — wat inherent anders is dan de huidige computing-technologieën die elektronen gebruiken — vereisen ze volledig nieuwe engineering-oplossingen.

Dit is een heel nieuw niveau van computing-technieken waar moleculen gebruikt worden voor dataopslag en elektronica voor het afhandelen en verwerken van data. Het houdt zeker veel intrigerende mogelijkheden voor de toekomst in.