Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Lưu trữ và tìm kiếm hình ảnh kỹ thuật số bằng ADN (22/04/2016)

Các công ty công nghệ thường xuyên phải xây dựng những trung tâm dữ liệu lớn để tích trữ toàn bộ hình ảnh, giao dịch tài chính, video và thư điện tử của họ. Nhưng một kỹ thuật mới do trường Đại học Washington và các nhà nghiên cứu của Microsoft phát triển, có khả năng thu nhỏ không gian cần để lưu trữ dữ liệu số hiện có thể làm đầy Siêu thị Walmart xuống bằng kích thước của một viên đường.

Nhóm các nhà khoa học máy tính và kỹ sư điện Hoa Kỳ đã giới thiệu một trong những hệ thống hoàn chỉnh đầu tiên để mã hóa, lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu số bằng cách sử dụng các phân tử ADN để lưu trữ khối lượng thông tin lớn hơn hàng triệu lần các công nghệ lưu trữ hiện hành.

Trong thí nghiệm, các nhà khoa học đã mã hóa thành công dữ liệu số từ bốn tập tin hình ảnh thành các trình tự nucleotide của các mảnh ADN tổng hợp. Quan trọng hơn, các nhà khoa học có thể đảo ngược quá trình đó, tìm kiếm các trình tự chính xác từ một tập hợp ADN lớn và tái tạo hình ảnh mà không mất một byte thông tin nào. Ngoài ra, các nhà khoa học còn mã hóa và tìm kiếm dữ liệu xác thực các tập tin video về dự án của tòa án Rwanda được lưu trữ tại UW trong đó có các cuộc phỏng vấn với thẩm phán, luật sư và các nhân viên khác của tòa án về tội phạm chiến tranh ở Rwanda.

PGS. khoa học và kỹ thuật Luis Ceze, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Sự sống đã tạo ra phân tử tuyệt vời gọi là ADN, có khả năng lưu trữ hiệu quả toàn bộ thông tin về gene của bạn và cách một hệ thống sống hoạt động, nó rất nhỏ gọn và lâu bền. Về cơ bản, chúng tôi đang đặt lại mục tiêu lưu trữ dữ liệu số - hình ảnh, video, tài liệu - để quản lý hàng trăm hoặc hàng nghìn năm”.

Vũ trụ kỹ thuật số - tất cả dữ liệu chứa trong các tập tin máy tính của chúng ta, tài liệu lưu trữ lịch sử, phim ảnh, bộ sưu tập ảnh và khối lượng thông tin số bùng nổ được các doanh nghiệp và thiết bị trên toàn thế giới thu thâp, dự báo sẽ đạt 44 nghìn tỷ gigabyte vào năm 2020, gấp 10 lần năm 2013. Mặc dù không phải tất cả thông tin cần được lưu lại, nhưng thế giới đang tạo ra dữ liệu với tốc độ nhanh hơn khả năng lưu trữ nó.

Các phân tử ADN có thể lưu trữ thông tin với mật độ dày đặc gấp hàng triệu lần so với các công nghệ lưu trữ số hiện có gồm ổ đĩa flash, ổ đĩa cứng, phương tiện truyền thông từ tính và quang học. Những hệ thống đó sẽ bị hỏng hóc sau vài năm hoặc vài thập kỷ, trong khi ADN có thể lưu trữ thông tin một cách đáng tin cậy trong nhiều thế kỷ. ADN phù hợp nhất cho các ứng dụng lưu trữ, hơn là các trường hợp tập tin được truy cập ngay tức thì.

Nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm hệ thống thông tin phân tử thuộc trường Đại học Washington đã phối hợp chặt chẽ với Microsoft, đang phát triển một hệ thống lưu trữ AND để giải quyết nhu cầu lưu trữ dữ liệu của thế giới.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một phương pháp mới để chuyển đổi các chuỗi dài 1 và 0 trong dữ liệu số thành 4 khối cơ bản của các chuỗi ADN - adenine, guanine, cytosine và thymine. Dữ liệu số được phân thành các phần nhỏ và được lưu trữ bằng cách tổng hợp số lượng lớn phân tử ADN nhỏ được khử nước hoặc bảo quản theo cách khác để lưu trữ lâu dài.

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Washington và Microsoft là một trong 2 nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng thực hiện "truy cập ngẫu nhiên" để xác định và tìm kiếm các trình tự chính xác từ một tập hợp lớn gồm các phân tử ADN ngẫu nhiên, làm nhiệm vụ giống như ghép lại một chương của câu chuyện từ một thư viện sách bị rách.

Để sau đó truy cập vào dữ liệu lưu trữ, các nhà nghiên cứu cũng mã hóa nội dung tương tự như mã bưu điện và địa chỉ đường phố thành các trình tự ADN. Sử dụng kỹ thuật phản ứng chuỗi trùng hợp (PCR) quen thuộc trong sinh học phân tử giúp họ dễ dàng nhận ra các mã bưu điện đang được tìm kiếm. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật lập trình tự ADN để "đọc" dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu lại thành một tập tin video, hình ảnh hoặc tài liệu nhờ có các địa chỉ đường phố để sắp xếp lại dữ liệu.

Hiện nay, rào cản lớn nhất để lưu trữ ADN một cách khả thi là chi phí và hiệu quả, qua đó, ADN có thể được tổng hợp (hoặc sản xuất) và lập trình tự (hoặc đọc) trên quy mô lớn.

Nguồn: vista.gov.vn