Европейские исследователи создали микрофабрику DNAMIC, которая превращает обычные компьютерные файлы в синтетическую ДНК и сохраняет информацию в крошечных металлических капсулах. Для хранения записанных данных не требуется электричество, а сами молекулы при правильных условиях способны оставаться целыми тысячи лет. Разработку уже испытали в Швейцарии на историческом архиве часового производства, сделав ещё один шаг к созданию долговечной альтернативы жёстким дискам и магнитным лентам.
Возможности ДНК впечатляют прежде всего плотностью записи. По оценкам исследователей, всего один грамм молекул теоретически способен вместить цифровые коллекции крупнейших библиотек мира. При этом ДНК занимает ничтожно мало места и не требует постоянного обслуживания, если защитить её от разрушительного воздействия окружающей среды. Для архивов, которые необходимо сохранять десятилетиями и столетиями, сочетание огромной ёмкости и долговечности особенно привлекательно.
Работает DNAMIC по довольно необычному принципу. Любой компьютерный файл состоит из последовательности нулей и единиц, но молекулы ДНК используют собственный алфавит из четырёх букв: A, T, G и C. Каждая обозначает одно из химических оснований, из которых состоит молекула. Специальная программа переводит двоичный код в последовательность букв, после чего оборудование собирает соответствующую цепочку синтетической ДНК. В результате фотографии, документы и другие файлы превращаются в настоящий молекулярный материал.
Правда, произвольную комбинацию букв записать нельзя. Некоторые последовательности мешают правильно собирать молекулы или повышают вероятность ошибок при чтении. Поэтому программа заранее подбирает подходящие сочетания и добавляет информацию, которая помогает исправлять ошибки. Аналогичную задачу решают и другие исследователи молекулярной памяти. Например, недавно разработанный алгоритм кодирования ДНК позволил приблизить плотность записи к 41 эксабайту на грамм материала.
Когда запись заканчивается, полученные молекулы помещают в небольшие капсулы из нержавеющей стали. Металлическая оболочка защищает ДНК от кислорода, света, влаги и перепадов температуры. Внутри капсулы нет электроники, батарей или движущихся деталей, поэтому готовый архив может лежать без электропитания. Электричество понадобится только для записи и последующего чтения файлов.
Чтобы проверить разработку на практике, специалисты выбрали исторические документы из архива часовой промышленности в швейцарском городе Сент-Имье. Материалы оцифровали и использовали для испытания системы хранения в ДНК. Разработчики также предусмотрели возможность впоследствии извлечь информацию и восстановить исходные файлы. Однако подтверждённых результатов многолетнего хранения пока нет.
На создание DNAMIC ушло три года. Европейский союз выделил проекту около 2,44 млн евро. За время работы исследователи объединили несколько сложных процессов в одну систему: подготовку цифровых файлов, синтез молекул, контроль качества и считывание записанной информации. Раньше для выполнения подобных операций требовалось отдельное лабораторное оборудование и постоянное участие специалистов.
Сейчас главная проблема заключается в скорости и стоимости записи. Превращение цифрового файла в ДНК может занимать несколько часов, а для чтения приходится определять последовательность химических оснований с помощью специального прибора. Домашний компьютер с молекулярным накопителем пока трудно представить, особенно если пользователю нужно постоянно открывать, изменять и сохранять документы.
Тем не менее разработчики уже готовятся к коммерческому применению. После завершения исследовательского проекта команда создала компанию DNAMIC, которая намерена увеличить масштабы производства молекулярных накопителей и вывести технологию за пределы лабораторий.
Первыми пользователями могут стать крупные архивы, библиотеки, научные центры и организации, которым необходимо десятилетиями хранить большие объёмы информации. Для повседневной работы жёсткие диски и полупроводниковые накопители пока останутся гораздо удобнее. Зато документы, которые сегодня занимают целые серверные стойки, в будущем могут уместиться в небольших металлических капсулах и пережить несколько поколений компьютерного оборудования.