ذخیره میلیاردها گیگابایت داده در گاوصندوق دیجیتال نانویی!
به گزارش کارا پیام، دانشمندان نشان داده اند که دی ان ای می تواند حجم عظیمی از داده ها را در فضایی بسیار کوچک ذخیره کند. آنها همینطور با بهره گیری از چارچوب های نانویی دی ان ای، روشی تازه برای رمزنگاری امن اطلاعات ارایه کرده اند. این فناوری ممکنست در آینده جایگزینی پایدار و فوق فشرده برای حافظه های رایج دیجیتال باشد
به گزارش کارا پیام به نقل از ایسنا، پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا (Arizona State University – ASU) در دو مطالعه تازه نشان داده اند که «دی ان ای» (DNA) می تواند نه فقط به عنوان رسانه ای فوق فشرده برای ذخیره حجم عظیم داده ها به کار رود، بلکه بستری نوین برای رمزنگاری و صیانت از اطلاعات در مقیاس مولکولی فراهم آورد؛ دستاوردی که می تواند آینده سیستم های ذخیره سازی و امنیت دیجیتال را دگرگون کند.
از شروع عصر کامپیوتر تاکنون، دو چالش اساسی همیشه ذهن محققان را به خود مشغول کرده است: نخست، چطور میتوان سیل فزاینده داده های دیجیتال را ذخیره کرد؛ و دوم، چطور میتوان این اطلاعات را از دسترسی های بدون مجوز مصون داشت. حال گروهی از دانشمندان «مؤسسه بایودیزاین» در دانشگاه ایالتی آریزونا به همراه همکاران خود، پاسخی غیرمنتظره اما الهام گرفته از طبیعت ارایه کرده اند: استفاده از مولکول حیات، یعنی دی ان ای، به عنوان یک سکوی اطلاعاتی.
یافته های این مطالعه ها که در نشریات «مواد کاربردی پیشرفته» (Advanced Functional Materials) و «ارتباطات طبیعت» (Nature Communications) انتشار یافته، جایگزینی زیست الهام برای راهکارهای مبتنی بر سیلیکون پیشنهاد می دهد. به قول «هائو یان»، استاد ممتاز دانشکده علوم مولکولی و مدیر مرکز طراحی مولکولی و زیست الگو در ASU، فناوری اطلاعات دهه ها به سیلیکون وابسته بوده است، اما حال می توان دی ان ای را نه فقط ماده ژنتیکی، بلکه بستری برای ذخیره و صیانت از اطلاعات دانست.
در اولین مطالعه، تمرکز محققان بر ذخیره سازی داده ها با بهره گیری از شکل فیزیکی دی ان ای بوده است، نه فقط توالی حروف ژنتیکی آن. دی ان ای به علت چگالی ذخیره سازی بی نظیر و پایداری شگفت انگیزش ــ که نمونه هایی از آن بعد از حدود دو میلیون سال در رسوبات گرینلند بازیابی شده ــ گزینه ای جذاب برای بایگانی بلند مدت اطلاعات بشمار می رود.
دانشمندان ساختارهای خیلی کوچک دی ان ای را طراحی نموده اند که همانند «حروف فیزیکی» یک الفبا عمل می کنند و هر یک حامل بخشی از اطلاعات هستند. هنگامی که این ساختارها از درون یک سنسور نانومقیاس عبور می کنند، نرم افزارهای مبتنی بر یادگیری ماشین، سیگنال های الکتریکی ظریف تولیدشده را ثبت و تحلیل می کنند. سپس سامانه قادر می باشد داده ها را با دقت بالا به واژه ها و پیام های خوانا تبدیل کند.
این تکنیک، در مقایسه با شیوه های متداول ذخیره سازی دی ان ای که به توالی یابی ژنتیکی کند و پرهزینه وابسته اند، سریع تر، کم هزینه تر و مقیاس پذیرتر است. چشم انداز پیش رو نشان داده است که دی ان ای می تواند به رسانه ای فوق متراکم، بادوام و ایمن برای نگهداری داده های علمی، فرهنگی و حتی اسناد تاریخی بدل شود؛ آن هم با مصرف حداقلی فضا و انرژی.
اما نوآوری محققان به ذخیره سازی محدود نمی گردد. در مطالعه دوم، آنها نشان داده اند که نانوساختارهای دی ان ای می توانند به عنوان ابزاری برای رمزنگاری پیشرفته نیز به کار روند. در این مطالعه، ساختارهای موسوم به «اوریگامی دی ان ای» طراحی شده اند؛ آرایش های تاخورده ای از رشته های دی ان ای که اشکال دقیق دوبعدی و سه بعدی ایجاد می کنند. در این رویکرد، اطلاعات نه به شکل بیت های ساده، بلکه در الگو و آرایش این ساختارهای نانومقیاس رمزگذاری می شود.
برای خواندن این داده های رمزگذاری شده، محققان از نوعی میکروسکوپ با قدرت تفکیک خیلی بالا بهره برده اند که قادر می باشد ساختارهای منفرد دی ان ای را با دقت چشم گیر مشاهده کند. سپس الگوریتم های یادگیری ماشین هزاران تصویر مولکولی را تحلیل کرده و الگوهای مشابه را گروه بندی می کنند تا پیام اصلی بازسازی شود. بدون چارچوب رمزگشایی صحیح، این الگوها در عمل بی معنا خواهند بود و همین ویژگی، لایه ای ذاتی از امنیت فراهم می آورد.
این رویکرد، تعداد کدهای مولکولی قابل تولید را به طرز قابل ملاحظه ای می افزاید و امکان رمزگشایی بدون مجوز را خیلی دشوارتر می کند. افزون بر آن، ذخیره اطلاعات در ساختارهای سه بعدی دی ان ای، سطحی تازه از پیچیدگی و امنیت را به هر «کلید مولکولی» می افزاید.
به نقل از ستاد نانو، در مجموع، این دو پژوهش نشان داده است که دی ان ای می تواند هم زمان نقش یک رسانه ذخیره سازی فشرده و سکوی امن مدیریت اطلاعات را ایفا کند. یکی از فناوری ها بر خوانش سریع و الکترونیکی اطلاعات مولکولی تاکید دارد و دیگری از خودِ الگوهای مولکولی به عنوان حاملان رمزگذاری شده بهره می برد.
کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است؛ از بایگانی فوق فشرده داده های علمی و پرونده های پزشکی گرفته تا صیانت از اطلاعات حساس در حالی که تجهیزات الکترونیکی متعارف کارآیی خویش را از دست می دهند، مانند دماهای خیلی بالا، محیط های پرتوزا یا نگهداری های چندده ساله. این موفقیت، همگرایی فزاینده زیست شناسی، علم مواد، محاسبات و الکترونیک را به نمایش می گذارد و نشان داده است که آینده ذخیره سازی و امنیت اطلاعات شاید در دل همان مولکولی نهفته باشد که راز حیات را در خود حمل می کند.
به طور خلاصه، هنگامی که این ساختارها از درون یک حسگر نانومقیاس عبور می کنند، نرم افزارهای مبتنی بر یادگیری ماشین، سیگنال های الکتریکی ظریف تولیدشده را ثبت و تحلیل می کنند. این تکنیک، در مقایسه با شیوه های متداول ذخیره سازی دی ان ای که به توالی یابی ژنتیکی کند و پرهزینه وابسته اند، سریع تر، کم هزینه تر و مقیاس پذیرتر است. کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است؛ از بایگانی فوق فشرده داده های علمی و پرونده های پزشکی گرفته تا صیانت از اطلاعات حساس در صورتیکه تجهیزات الکترونیکی متعارف کارآیی خود را از دست می دهند، مانند دماهای خیلی بالا، محیط های پرتوزا یا نگهداری های چندده ساله.
منبع: karapayam.ir
این مطلب کاراپیام را پسندیدین؟
(1)
(0)
مطالب مرتبط جدید کاراپیام
نظرات بینندگان کاراپیام در مورد این مطلب