November 29, 2021

Los tintes de neón compiten con el ADN para ser el próximo cifrador de datos del mundo

Potencialmente, podría almacenar sus preciosas fotos de bebés como tintes fluorescentes.

sociedad Química Americana

Los investigadores de Harvard están trabajando en una forma colorida de almacenar información digital: mezclas de tintes fluorescentes. Estos líquidos, creen, podrían reemplazar las cintas magnéticas voluminosas, pirateables y que queman energía que todavía utilizamos para almacenar datos invaluables.

Sí, para el almacenamiento de datos a largo plazo todavía utilizamos cintas que recuerdan a los casetes de música y las películas VHS que probablemente se encuentran almacenadas en algún lugar de su sótano. Pero si bien estas cintas son efectivas, ocupan mucho espacio físico, presentan riesgos de seguridad, consumen una buena cantidad de energía, son costosas de mantener y solo siguen siendo viables durante unos 20 años.

“La cantidad de energía que se requiere para mantener las instalaciones en las que se almacena la información es bastante alta, y cada vez es mayor”, dijo George Whitesides, profesor del Departamento de Química de la Universidad de Harvard y autor principal de la investigación publicada el miércoles por la Sociedad Química Americana.

Por eso su equipo buscó mezclas fluorescentes. Whitesides llegó a la idea única planteando primero una pregunta: “¿Cómo se almacena la información de tal manera que sea fácil de hacer, pero con la característica de que minimiza la energía necesaria para mantenerla almacenada y no requiere grandes cantidades de información nueva? tecnología para que funcione? “

Dice que su invento utiliza materiales disponibles comercialmente, relativamente económicos y “no requiere ninguna energía una vez que ha escrito el mensaje, la imagen, lo que sea”.

Como prueba de principio, Whitesides y su equipo codificaron un artículo de investigación icónico escrito por Michael Faraday con sus brebajes de tinte neón. Seleccionaron siete moléculas fluorescentes compradas en la tienda, crearon varias mezclas que representaban secuencias de lenguaje informático, o bits, y utilizaron una impresora de inyección de tinta para salpicar permanentemente las mezclas en una pequeña sección de un portaobjetos ya diminuto.

Básicamente, condensaron 14.075 bytes de datos (112.600 bits) en un área de aproximadamente 2 pulgadas (52 milímetros). Si se hubiera utilizado cinta magnética, la información habría ocupado aproximadamente 59 milímetros (2,34 pulgadas) de una tira. Aunque la diferencia parece pequeña cuando está aislada, ese espacio adicional, cuando se agrava, podría liberar una tonelada de espacio en las instalaciones de almacenamiento.

A partir de ahí, el equipo leyó la información que habían impreso con un microscopio de fluorescencia, una herramienta comúnmente utilizada por los químicos. Resulta que el papel de Faraday estaba perfectamente codificado y el microscopio leyó los datos fluorescentes más de 1.000 veces sin pérdida significativa de información. Además, como los datos se fusionan permanentemente a la superficie, probablemente sería bastante difícil de piratear y los investigadores creen que es posible que no requiera medidas de mantenimiento muy costosas en el futuro.

Por supuesto, probablemente se esté preguntando si no podría simplemente almacenar los datos en un USB. ¿Qué pasa con “la nube” y los discos duros SSD? Claro, pero esos dispositivos son propensos a sufrir daños por agua o pueden degradarse con el tiempo, entre otras posibles trampas. A diferencia de nuestros datos digitales diarios, las cosas que requieren super largo el almacenamiento no se mantiene, y no debería, de esa forma.

“Eso puede variar desde registros de pacientes y manejo de datos médicos hasta cosas que son imágenes de bebés”, dijo Whitesides.

Una mirada más cercana al código binario fluorescente

Cada uno de los siete líquidos de Whitesides comprende una molécula diferente que emite una longitud de onda correspondiente a su color. Estas moléculas pueden leerse rápidamente con un microscopio de fluorescencia. Toda la fascinante operación tiene sus raíces en cómo los humanos se comunican con las computadoras.

Demos un paso atrás. En el lenguaje informático, la información se almacena en bits de 0 y 1. Las palabras se pueden formar con secuencias específicas de esos bits, como “0101”, y combinaciones largas de dichas secuencias forman oraciones, y todo eso es código binario. Por lo general, los bits sin comprimir se escriben en cintas magnéticas como es de esperar, como escribir palabras en muchas, muchas hojas de papel.

“Cinta magnética, tiene un dispositivo específico que es una grabadora de cinta magnética [and] lector “, dijo Whitesides.” Y ese es un dispositivo, que se utiliza en la informática, en colaboración con su computadora o cualquier sistema de almacenamiento que tenga “.

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Una imagen ampliada de los puntos de tinte fluorescente que representan el código binario. A simple vista, serían casi invisibles.

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Pero a diferencia de la estructura anticuada de la cinta magnética, un punto de las nuevas mezclas del equipo puede representar un montón de bits al mismo tiempo.

Supongamos que estamos haciendo una mezcla para una secuencia de tres dígitos. Tenemos los colores rosa para el espacio 1, verde para el espacio 2 y azul para el espacio 3. La presencia de estos colores significa un poco de “1” y la ausencia significa un poco de “0”.

Si la mezcla solo tiene rosa, eso significa que representa una secuencia de “100”.

“Puede hacer cualquier combinación de 1 y 0 en estos tres espacios que ha configurado para la palabra con la que está trabajando”, dijo Whitesides. “Cada lugar puede representar una secuencia”.

Añadió, “si puedes representar 1 y 0 simplemente mezclando [dyes], verá cómo puede pasar de allí al código binario, y el código binario le permite replicar texto … o replicar imágenes “.

Actualmente, Whitesides está intentando deducir la cantidad de puntos de neón que se pueden colocar en un portaobjetos antes de que el microscopio ya no pueda detectar composiciones. De esa manera, puede averiguar exactamente cuánta compresión se puede hacer del código binario para limitar la ocupación de la mayor cantidad de espacio físico posible.

Los siguientes pasos, dice, incluyen aprender la mejor manera de almacenar las diapositivas, con suerte, una que no requiera demasiada energía.

Whitesides no es el único que trabaja en métodos moleculares para almacenar datos digitales. Un sector muy popular en este momento es el almacenamiento de datos inspirado en el ADN. Pero “la síntesis de cadenas largas de ADN, que es lo que se requiere para hacer un medio de almacenamiento que sea como el ADN, es en realidad una actividad bastante intensa”, dijo.

Independientemente, el método de colorante fluorescente de Whiteside, dicen los investigadores, interpreta la información a un ritmo más rápido que cualquier dispositivo de almacenamiento molecular actual, incluido el ADN.

“Pero todos son interesantes y este tema del almacenamiento de información es algo que apenas está comenzando”, dijo. “Tendremos que ver qué sucede en los próximos años”.