Development
DNA als opslagmedium van de toekomst
Zeer hoge datadichtheid
De totale stapel opgeslagen digitale data loopt inmiddels in de onuitspreekbare getallen en groeit exponentieel. Waar en hoe moeten we al deze data in de toekomst opslaan? Een potentiële opvolger voor de harde schijf en flashdrive komt uit een onverwachte hoek. Men experimenteert namelijk met het oudste opslagmedium op aarde: DNA.
DNA is een molecuul waarin de blauwdruk ligt opgeslagen die belangrijke informatie bevat over hoe een organisme eruit moet zien en hoe het dient te functioneren.
DNA bestaat uit bouwblokken die worden aangeduid met de letters A, C, G en T. De volgordes van deze letters in de DNA-moleculen bepalen de instructies van de blauwdruk, net zoals nullen en enen dat doen in computers. Om DNA als opslag te gebruiken voor digitale data worden de nullen en enen vertaald naar A’s, C’s, G’s en T’s in een kunstmatig DNA-molecuul.
Hier is al driftig mee geëxperimenteerd door wetenschappers en bedrijven zoals Microsoft. Zo werden in kunstmatig DNA al teksten (sonnetten van Shakespeare), filmpjes, plaatjes en geluidsfragmenten (de 'I had a dream'- speech van Martin Luther King) opgeslagen en uitgelezen.
Klein en robuust
Het grote voordeel van DNA is dat het klein (een haar is circa vijftigduizend keer dikker), licht en energiezuinig is. Ook is het robuust. DNA uit fossielen van mammoeten en Neanderthalers is nog steeds leesbaar. Bovendien heeft DNA een track record van zolang er leven is. Maar vooral indrukwekkend is de enorm hoge datadichtheid van DNA. Theoretisch kan er 455 exabyte per gram DNA worden opgeslagen. Dat zal in werkelijkheid een paar ordes minder zijn door een aantal praktische beperkingen, maar dat is nog steeds indrukwekkend. Alle data ter wereld zouden dan passen in slechts één datacentrum.
Momenteel gaat het schrijven naar en uitlezen van kunstmatige DNA-moleculen nog erg langzaam en leent het zich in eerste instantie vooral voor archivering. Maar de ontwikkelingen op dit gebied gaan snel en er komen wellicht ook andere toepassingen binnen handbereik.
Fun fact: de uploadsnelheid bij ejaculaties
Zaadcellen bestaan voornamelijk uit DNA en zijn eigenlijk datapakketjes die worden verstuurd. Hoewel er maar één spermacel nodig is voor een bevruchting van een eicel, worden er vele 'overgedragen' van een man naar een vrouw. Daarop kan een berekening worden losgelaten van de 'uploadsnelheid' van een man.
DNA -moleculen bestaan uit twee strengen die met elkaar zijn verbonden via de bouwblokken (basen). Doordat alleen A/T- en C/G-combinaties bestaan, zijn er slechts vier verschillende baseparen mogelijk: A – T, T – A, C – G en G – C. De vier baseparen zijn met twee bits te representeren als 00, 01, 10 en 11, waardoor er 4 baseparen passen in een byte. Het DNA in een menselijke spermacel bestaat in totaal uit ongeveer 3 miljard baseparen, wat neerkomt op 750 MB. Gesteld dat er gemiddeld 200 miljoen spermacellen zitten in een zaadlozing en dat die, zeg, 5 seconden duurt. Dan betekent dit een dataoverdracht van 240 petabit per seconde. Dat is 240 miljoen keer sneller dan een glasvezelverbinding van 1 Gb/s.
Ylva Poelman is innovatie-expert en staat bedrijven bij in hun innovatievraagstukken als adviseur, coach en als manager van innovatieve bedrijven, start-ups en projecten. Een specialisme van haar is bio-inspired innovation. Voorheen was ze medeoprichter en directeur van een innovatief ICT-bedrijf dat zich in de jaren negentig al bezig hield met kunstmatige intelligentie en andere ontwikkelingen die nu mainstream worden.