Tin KHCN nước ngoài
Lưu trữ dữ liệu bằng ADN trong hàng triệu năm (06/03/2015)
-   +   A-   A+   In  

Lấy cảm hứng từ cách xương hóa thạch bảo tồn vật liệu di truyền trong hàng trăm nghìn năm, các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich, Đức đã tạo ra “hóa thạch tổng hợp” bằng cách ghi thông tin số trên ADN và sau đó, bao bọc nó bằng một lớp thủy tinh bảo vệ.

Hầu hết dữ liệu số được lưu trữ bằng công nghệ hoạt động trong thời gian ngắn. Các ổ đĩa cứng thông thường không thể tồn tại quá vài thập kỷ và có thể bị hỏng hóc do nhiệt độ cao, độ ẩm, từ tính và lỗi cơ học. Thậm chí các ổ cứng hoạt động hiệu quả và ít bị hỏng hóc do lỗi cơ học, cũng sẽ bị mất dữ liệu nếu không được cấp điện trong vài tháng.

 

Giải pháp thú vị được đưa ra là sử dụng các chuỗi ADN để lưu trữ dữ liệu vì 2 lý do. Một là, ADN có thể lưu trữ thông tin với mật độ dữ liệu cao đến mức khó khai thác: một đơn bào có thể  lưu trữ hàng triệu nucleobase và mỗi nucleobase chứa ít nhất 1 bit thông tin cho mật độ dữ liệu lên đến 1 triệu gigabyte trên mỗi m3. Hai là thực tế cho thấy trong các điều kiện phù hợp, hóa thạch có thể bảo tồn vật liệu di truyền hàng triệu năm, là ứng cử viên sáng giá cho việc lưu trữ dữ liệu về lâu dài. Đó là mục tiêu TS. Robert Grass và nhóm nghiên cứu tại ETZ Zurich đang nỗ lực đạt được.

 

ADN được mã hóa bởi 4 nucleobase, nghĩa là về lý thuyết, mỗi nucleobase có thể đại diện cho 2-4 bit thông tin. Do hạn chế nảy sinh từ những thách thức kỹ thuật của việc tổng hợp và sắp xếp các nucleotide và cùng với việc bổ sung bit dư (chiếm 35% tổng số dữ liệu) để bảo vệ chống sai lạc dữ liệu, nên tỷ lệ cuối cùng đạt được là 1,2 bit dữ liệu có ích trên mỗi nucleotide.

 

Nhóm nghiên cứu bắt đầu thí nghiệm lưu trữ 83 kilobyte thông tin trong 4.991 phân đoạn ADN, mỗi phân đoạn dài 158 nucleotide. Sau đó, để bảo vệ ADN khỏi bị thoái hóa theo thời gian, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một "hóa thạch nhân tạo" bằng cách bao bọc nó trong các quả cầu silica 150 nanomet, ngăn chặn vật liệu di truyền phản ứng hóa học với môi trường. Để sau này có thể đọc dữ liệu, các quả cầu phải được cho tiếp xúc với dung dịch fluorua hòa tan silica để lại ADN ở trạng thái nguyên vẹn.

 

Các hệ thống kỹ thuật số được thiết kế để lưu trữ dữ liệu trong thời gian dài (từ tinh thể mật độ cao đến đĩa vonfram thô ráp) thường hướng tới khả năng chịu nhiệt cao vì cách phổ biến để đánh giá độ bền và mức độ lưu trữ dữ liệu trong phòng thí nghiệm là khả năng tồn tại trong môi trường lưu trữ nhiệt độ cao. Việc bao bọc ADN bằng silica có thể tạo lớp bảo vệ này.

 

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã mô phỏng sự suy thoái ADN bằng cách cho nó tiếp xúc với mức nhiệt khoảng 60-70oC trong 1 tháng, mô phỏng sự suy thoái hóa học diễn ra qua hàng nghìn năm.

 

Công nghệ hiện nay mắc nhiều lỗi trong lúc ghi và đọc dữ liệu từ ADN. TS. Grass cho biết: Sau khi lưu trữ ADN theo mô phỏng 10.000 năm trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4°C, khoảng 80% chuỗi mắc ít nhất 1 lỗi và khoảng 8% chuỗi bị mất hoàn toàn. Tuy nhiên, bằng cách mã hóa Reed-Solomon, họ có thể giải mã dữ liệu mà không bị lỗi.

 

Các nhà khoa học đã tính toán nếu cùng một dữ liệu được lưu trữ ở nhiệt độ thậm chí thấp hơn như -18°C, dữ liệu sẽ tồn tại hơn 1 triệu năm.

 

Mặc dù chi phí thao tác ADN làm cho công nghệ mới không thực tế để sử dụng thường nhật, nhưng những tiến bộ trong việc lập trình tự ADN đã làm giảm chi phí đọc dữ liệu lưu trữ. Ngoài ra, cũng cần nghiên cứu sâu hơn để giảm chi phí ghi thông tin số trên vật liệu di truyền.  

Nguồn: vista.gov.vn

Số lượt đọc: 6152

Về trang trước Về đầu trang