В 1814 году цитату из романа Джейн Остин «Мэнсфилд Парк» «Когда один повод для счастья себя исчерпывает, человек ищет другой» напечатали с помощью революционного на тот момент парового принтера, способного печатать текст более чем на тысяче листов бумаги в час.
В начале нулевых роман перекочевал в интернет. Теперь и его, и другие работы Джейн Остин можно прочитать онлайн. Но в этом году появился как минимум еще один весьма специфичный носитель информации.
Специалисты из Техасского университета закодировали цитату из знаменитой книги в молекулу пластика. Авторы эксперимента надеются, что их разработка поможет создать новый тип хранилища данных.
Хранение архивов всегда было проблемой, даже если соблюдать все меры предосторожности и быть предельно аккуратным. Самые трепетно охранявшиеся оригинальные копии произведения «Мэнсфилд Парк» стареют. Постепенно выцветают чернила, бумага желтеет и становится «морщинистой».
Сейчас человечество генерирует намного больше информации, чем когда-либо в истории (по текущим расчетам – не меньше 1.145 триллиона мегабайт данных в день). Если попытаться всю эту массу скачать, то с нынешними скоростями интернета на загрузку всей информации уйдет почти два миллиарда лет.
Большая часть ныне существующих дата-центров, отвечающих за хранение информации, оснащена жесткими дисками. И несмотря на непрекращающуюся эволюцию программного обеспечения и аппаратной составляющей компьютеров, носители остаются краеугольным камнем прогресса.
В связи с этим инженеры находятся в поиске более компактного, стабильного и эффективного способа хранения данных. Еще более совершенного, чем нынешние жесткие диски и SSD. В последнее время исследователи все чаще рассматривают вариант хранения информации в ДНК — нуклеотидных последовательностях, которые несут в себе информацию о большинстве живых организмов, населяющих Землю. Это сложная система, которую природа развивала миллионы лет и заключила в ней ключевые данные о различных видах животных (включая Homo Sapiens). И теперь человечество хочет взять модель на вооружение в качестве альтернативы жестким дискам. Интерпретируя слова Джейн Остин, можно сказать: «Когда одна технология себя исчерпывает, человек ищет другую».
ДНК может храниться более 500 000 лет (если соблюдать условия хранения, конечно). Это куда больше, чем могут позволить себе бумага и чернила. Правда, для содержания ДНК нужно стерильное пространство и особая аккуратность «архивариусов», которые будут с ней взаимодействовать. Из-за этого использование ДНК в качестве альтернативного хранилища данных может быть слишком дорогим.
Но есть материал более «выносливый», чем ДНК. Синтетический продукт, изобретенный 100 лет назад. Стабильный, легкий в производстве и более надежный. Речь о полимерах — длинноцепочечных молекулах, состоящих из отдельных повторяющихся компонентов, именуемых мономерами.
Специалисты рассчитали, что в четырех основаниях ДНК (будем считать их «строительными блоками») можно хранить до 1019 бит информации на кубический метр. При использовании полимеров количество таких «строительных блоков» не ограничено. Сколько человек произведет полимеров, столько и будет мономеров, а вместе с ними и «пространства» для хранения данных.
Команда исследователей из Техаса использовала для создания экспериментальных мономеров 16 видов аминоспиртов. Связав их вместе, ученые произвели 18 олигомеров (молекул с небольшим количество мономеров). В каждом олигомере хранится комбинация мономеров, отвечающая за специфичные символы. А мономеры по отдельности отвечают за часто используемые символы.
Если расшифровать полученную комбинацию элементов, то получится фраза из романа Джейн Остин:
…if one scheme of happiness fails, human nature turns to another; if the first calculation is wrong, we make a second better: we find comfort somewhere…
Дословный перевод:
…если одна схема счастья не срабатывает, то человеческая натура начинает искать новую; если первый расчет оказался неверным, мы делаем второй: и так, пока где-то не найдем покой…
Исследователи выбрали именно эту цитату, потому что она воодушевляет (особенно в наше непростое время), и ее легко понять даже вне контекста самого произведения.
Забавно, что вторая часть фразы возымела особый смысл для ученых при расшифровке закодированного в полимер сообщения, потому что с первой попытки удалось восстановить только 98.7% данных. И только после внесения «некоторых улучшений» в процесс расшифровки удалось «прочитать» все 158 последовательностей мономеров, созданных техасскими исследователями без единой ошибки.
Жесткие диски на основе пластика
Пластик — не самая очевидная альтернатива уже существующим накопителям данных. Тем не менее ученые рассматривают его как один из наиболее подходящих вариантов, несмотря на то, что человечество использует либо один мономер на изготовляемый продукт либо простейшую комбинацию из двух мономеров.
Пластик стабилен при соблюдении стандартных внешних условий, а в случае с созданием нового материала для хранения информации – это важнейшее преимущество полимеров.
Более того, за последние 50 лет исследователи добились больших успехов в сокращении дисперсности (вариативности молекул по форме и массе) синтетических полимеров и научились контролировать последовательность мономеров. Поэтому в них проще кодировать данные.
Последние разработки техасских ученых дали понять, что можно закодировать более сложный вид информации в олигомер благодаря расширенному количеству типов мономеров, доступных при создании молекулярных цепочек.
Как эти разработки будут использоваться в будущем, зависит от доступности мономеров. Например, можно ли будет достать необходимые аминоспирты из возобновляемых источников. Но потенциал у новой технологии хранения данных есть. Тем более процесс чтения и кодирования данных не сильно отличается от такового в случае с ДНК.
Команда ученых из Техаса планирует продолжить исследования и выяснить, как можно применить этот метод в промышленных масштабах и насколько высокой скорости записи и чтения информации можно будет достичь в случае с полимерами в качестве накопителей.
И хотя оригинал произведения Джейн Остин вскоре будет окончательно уничтожен временем, его небольшой фрагмент на сотни лет сохранится в кусочке пластика. И он будет доступен человечеству до тех пор, пока у него будет оборудование для расшифровки данных с подобного носителя.
