Microsoft stellt vollautomatisiertes DNA-Datenspeichersystem vor

Forscher bauten erstes automatisiertes System zum Speichern und Abrufen von Daten in künstlicher DNA. Sie speicherten und riefen die 5-Byte-Nachricht «HELLO» ab. DNA-basierte Systeme können massive Datenmengen in relativ wenig Raum speichern und viel länger halten als bestehende Speichergeräte.

Hintergrund: Datenexplosion

Wir leben in einer datenvollen Welt, die erstaunlich schnell wächst. Laut DOMO-Report 6. Auflage: 90 % der Weltdaten entstanden in den letzten 2 Jahren. Täglich über 2,5 Exabyte (2,5 Mio. Terabyte) neue Daten – Tempo beschleunigt durch IoT-Wachstum.

Microsoft erforscht Techniken für effiziente Speicherung solcher enormen Datenmengen. Das Unternehmen arbeitet an molekularen Computertechnologien zur Ver-/Entschlüsselung in synthetischer DNA.

Im Vergleich zu Siliziumchips kann DNA massives digitales Informationsvolumen in relativ kleinem Raum speichern. Alle Daten eines lagerhallen-großen Rechenzentrums passen in Streichholzschachtel-Größe.

2018 demonstrierten Forscher der University of Washington: 1 GB Daten (Bilder, Audio, Video, Literatur) in synthetischer DNA speicherbar.

Kürzlich entwickelte ein Team von University of Washington und Microsoft ein automatisiertes System für Speicherung/Abruf in künstlicher DNA. Erstmals wurde ein vollständiges automatisiertes System für Informationsspeicherung in DNA demonstriert.

Mit dem Prototyp speicherten und riefen sie die 5-Byte-Nachricht «HELLO» ab. Im Wesentlichen: Nachricht in künstliche DNA-Snippets kodiert und zurück in digitale Daten transformiert.

Funktionsweise

Für Datenspeicherung in synthetischen DNA-Molekülen erfordern Zwischenschritte manuelle Aktionen im Labor. Automatisierung würde Speicherung kommerziell erschwinglich machen. Ziel: Beweis, dass vollständige Automatisierung möglich ist.

Referenz: Nature | doi:10.1038/s41598-019-41228-8 | Microsoft

Das System wandelt digitale Daten («Nullen» und «Einsen») in DNA-Bausteine («A», «T», «C», «G») um. Dann nutzt es Standardinstrumente, um notwendige Chemikalien/Flüssigkeiten in einen Synthesizer (erstellt DNA-Snippets) und in einen Behälter zur Speicherung zu leiten.

Credit: Microsoft

Zum Abruf bereitet das System DNA vor (Zugabe weiterer Chemikalien) und pumpt sie via Mikrofluidik in einen anderen Bereich, wo DNA-Sequenzen gelesen und zurück in digitale Daten konvertiert werden.

Das Team entwickelte auch Methoden für nützliche Berechnungen – wie Suche und Abruf nur von Bildern mit grünem Fahrrad oder Apfel – nur mit Molekülen, ohne Rückkonvertierung in digitales Format.

Neue Art von Computingsystem

Unter geeigneten Bedingungen hält DNA weit länger als bestehende Speichergeräte, die in wenigen Jahrzehnten degradieren. Da DNA-Systeme Flüssigchemikalien zum Molekültransport nutzen – inhärent anders als heutige Elektronen-basierte Computing-Technologien – erfordern sie komplett neue Engineering-Lösungen.

Dies ist eine ganz neue Ebene von Computertechniken: Moleküle für Datenspeicherung, Elektronik für Handling/Verarbeitung. Definitiv viele faszinierende Zukunftsmöglichkeiten.