Kitaplar yanabilir, bilgisayarlar saldırıya uğrayabilir ve DVD’ler bozulur.
Bilgi saklama teknolojileri -Kağıtta mürekkep, Bilgisayar, CD, DVD ve hatta DNA- sürekli gelişmeye devam ediyor. Ancak tüm bu teknolojilere rağmen kayıtlarımız halen; basit bir sudan komplike bir siber saldırıya kadar bir dizi tehlike altında.
Günümüzdeki veri patlaması devam ederken bizler de çok ama çok daha fazla veriyi, daha küçük alanlarda saklıyoruz. Buna rağmen -opak, beyaz, sonsuz boşluk vadeden- bulutlar bile sonunda alanlarını tüketecekler ya da tüm hacker’lara karşı koyamayacak ve sonunda tüm enerjilerini kesecekler.
Şimdi sıkı durun…
Tüm bu bilgiyi saklamanın yeni bir yolu inanılması güç şeyler vadediyor.
Öncelikle bilgilerinizi milyonlarca yıl boyunca istikrarlı bir şekilde saklayabileceksiniz, ki ilk karşımıza çıkan büyük problem buydu. Ayrıca bu bilgiler kesilebilir internetin dışında da yaşar ve bir kez yazıldığında bir daha enerji kullanmaz.
Üstelik bunun için ihtiyacınız olan şeyler; bir kimyager, bazı ucuz moleküller ve değerli bilgileriniz.
Feymann’ın Rüyasına İlk Kez Çıplak Gözle Görebilecek Kadar Yaklaşıyoruz
Harvard Üniversitesi’nde “Woodford L. and Ann A. Flowers Üniversite Profesörü” olan George Whitesides’ın laboratuvarında çalışan doktora sonrası araştırmacı ve makalenin de başyazarı Dr. Brian Cafferty, bu yeni tekniği açıklarken; “New Yok Halk Kütüphanesi’nin içeriğini bir çay kaşığı protein ile saklayabildiğinizi hayal edin” diyor.
Nobel ödüllü ünlü Fizikçi Richard Feynmann’ın 60’larda yaptığı meşhur “Aşağıda Çok Yer Var” adlı konuşmasıyla başlayan nano serüvenimiz, tüm AnaBritannica serisinin bir toplu iğne ucuna moleküller dizilerek yazılması hayaliyle başlıyordu. Yarım asır sonra bugün, bu hayale artık her zamankinden fazla yakınlaşmış durumdayız.
Gelelim Harvard’taki çalışmaya…
Çalışma, Milan Mrksich ve O’nun Kuzeybatı Üniversitesi’ndeki (Northwestern University) grubu ile işbirliği içinde gerçekleştirildi.
Dr. Cafferty, “En azından bu aşamada, bu yöntemin mevcut veri depolama yöntemleriyle rekabet ettiğini düşünmüyouz” diyor. “Bunun yerine bu teknolojileri tamamlayıcı olarak görüyoruz ve ilk amaç olarak uzun vadeli veri depolama için çok uygunlar”.
Cafferty’nin kimyasal aygıtı bir bulutun yerini almayabilir. Ancak dosyalama sistemi, DNA gibi biyolojik depolama araçlarına çekici bir alternatif sunuyor.
Son zamanlarda, bilim insanları sadık genetik bilgi koruyucumuzu, sadece göz renginden daha fazlasını kodlamak için nasıl kullanacağımızı keşfetti. Araştırmacılar artık kedi videoları, diyet eğilimleri ve yemek pişirme dersleri dahil olmak üzere, herhangi bir bilgiyi kaydetmek için DNA ipliklerini sentezleyebilirler.
Ancak DNA, bilgisayar çiplerine kıyasla küçük olsa da, bir makromolekül olarak moleküler dünyada bir devdir. Ve DNA sentezi, yetenek ve çoğu zaman tekrarlanan emek gerektirir. Her bir mesajın sıfırdan tasarlanması gerekiyorsa; makromolekül depolaması uzun ve pahalı bir işlem olabilmekte.
Düşük maliyet ve üretim kolaylığı nedeniyle endüstrileşmeye uygun
Cafferty, “Doğrudan biyolojiden esinlenmeyen bir strateji araştırmaya koyulduk” diyor. “Bunun yerine organik ve analitik kimyada yaygın olan tekniklere güvendik ve bilgileri kodlamak için küçük, düşük moleküler ağırlıklı moleküller kullanan bir yaklaşım geliştirdik.”
Sadece bir sentez ile ekip; bir seferde birden fazla kedi videosunu kodlamak için yeterli depolama alanına sahip küçük moleküller üretebiliyor ve bu yaklaşım nitelikli iş gücü ve altyapı maliyetlerini ucuzlatarak, gelecek uygulamalar için ümit vadediyor .
Düşük molekül ağırlığına sahip moleküller için ekip; yaygın olarak bulunabilen, stabil ve DNA, RNA ve proteine göre çok daha küçük olan oligopeptitleri (birbirine bağlanmış biren fazla peptit) seçti.
Oligopeptitler ayrıca, sayılarına ve aminoasit türlerine bağlı olarak kütle bakımından değişiklik gösterebilirler. Birbirlerine karıştırıldıklarında, alfabe çorbasındaki harfler gibi birbirlerinden ayırt edilebilirler.
Feynmann bulutların arkasından gülümsüyor
Harflerden kelimeler yapmak her zaman pek kolay olmayabilir. Köstebek kuyusuna benzer bir mikro kuyu hayal edin. Ancak mikro kuyumuzda 384 köstebek deliği var ve her bir delikte değişken kütlelere sahip oligopeptitler bulunmakta.
Bir sayfa tarafından emilen mürekkep gibi, oligopeptit karışımları da daha sonra depolandıkları metal yüzeyler üzerine tutturulurlar. Eğer ekip sonradan “yazdıklarını” geri okumak isterse, molekülleri kütlelere göre ayıran bir kütle spektrometresi ile kuyulardan birine bakabilirler. Bu onlara hangi oligopeptitlerin bulunduğunu veya bulunmadığını söyler.
Sonra moleküllerin karmakarışıklığını harflere ve kelimelere çevirmek için ikili kodları (binary system) kullanırsınız. Örneğin bir “M”, her biri farklı bir kütleye sahip olan 8 olası oligopeptitin 4’ünü kullanır. Kuyudaki dördü “1” alırken, diğer dördü “0” alır. Yani 4 bitlik bir veri depolama birimi elde edilmiş olur.
Moleküller ikili koda karşılık gelen bir harfe ya da eğer bilgi bir görüntü ise ilgili piksele işaret eder.
Bu yöntemle 8 oligopeptitten oluşan bir karışım kullanarak 1 bayt veri depolanabilir. Oligopeptit sayısı 32’ye çıkarsa bu değer 4 bayt olur ve böylelikle depolama alanı katlanarak artacaktır.
Şu ana kadar Dr. Cafferty ve ekibi; Richard Feynman’ın sözü geçen konuşmasını, Claude Shannon’un (bilgi teorisinin babası olarak bilinir) bir fotoğrafını ve Hokusai’nin The Great Wave off Kanagawa’sını “yazdı”, “sakladı ve “okudu.”
Küresel dijital arşivin, 2020 yılına kadar -2013’ün 10 katı, yani- 44 trilyon Gigabayt gibi devasa bir büyüklüğe erişeceği düşünülüyor. Bu, yaklaşan bir tsunamiden başka bir şey değil.
Güvenlik, Gelecek ve Maliyet
Ekip, depoladıkları verileri şu an itibariyle %99,9 doğrulukla geri okuyabiliyor. Ancak yazma ve okuma hızı henüz biraz yavaş. Saniyede ortalama 8 bit yazma ve 20 bit okuma hızına sahipler. Şimdilik önemli bir yeniliğin eşiğindeyken ekip bunu bir sorun olarak görmüyor. Yöntem DNA ile karşılaştırıldığında çok daha hızlı bir yazma hızına sahip olmakla birlikte, verilerin okunması noktasında makromoleküllerse çok daha hızlı ve ucuz.
Yine de bunlar zamanla aşılabilecek sorunlar. Daha hızlı kütle spektrometreleriyle veriler daha hızlı okunabilir ya da modelde yapılacak bir değişiklik ve yeni aktif materyallerin keşfedilmesi ile her şey bir anda değişebilir. Örneğin gelecekteki kütüphaneciler 100.000.000 bit bilgi depolama için 1 kuruşa mal olacak ucuz “alkanetil” kullanabilirler.
Üstelik bu bilgiler, sandalye sever hacker’ların da işlerini zorlaştıracak bir durum. Artık kolaylıkla ulaşabilecekleri bulutlar, yerini derin kimya bilgisi gereksinimine bırakabilir. Bu da bilgi güvenliği konusunda tamamen yeni bir seviye demek.
Çalışmanın orijinaline aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz.
Brian J Cafferty, Alexei S. Ten, Michael J. Fink, Scott Morey, Daniel J. Preston, Milan Mrksich, and George M. Whitesides. Storage of Information Using Small Organic Molecules. ACS Cent. Science, May 1, 2019 DOI: 10.1021/acscentsci.9b00210
