Informática.
Un reciente logro hace posible el almacenamiento de datos totalmente funcional a partir de ADN
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En el mundo hiperdigital actual, todas las empresas dependen de los datos. La cantidad de datos empresariales crece rápidamente, especialmente con la llegada de tecnologías avanzadas como el análisis de datos. Internet de los objetos (IO)y la inteligencia artificial, que generan y utilizan volúmenes masivos de datos.
Estos datos son potencialmente importantes y, ahora más que nunca, es fundamental protegerlos de manera eficiente, confiable y segura. Para almacenar datos, necesita soluciones de almacenamiento para acceder, organizar, administrar, compartir y utilizar de manera eficaz información vital.
Si bien su computadora tiene capacidad de almacenamiento, esta es limitada y se guarda en un dispositivo, por lo que solo puede usarse mientras esté encendido y permanece hasta que se elimine. Para almacenar sus datos a largo plazo, necesita soluciones de almacenamiento de datos.
Los dispositivos de almacenamiento se dividen principalmente en dos grupos:
- Almacenamiento de área directa (DAS)
- Almacenamiento basado en red
El DAS está conectado directamente a la máquina informática que accede a él y, si bien puede proporcionar servicios de copia de seguridad locales decentes, la compartición es bastante limitada. Los dispositivos de esta categoría incluyen disquetes, unidades flash y discos ópticos como CD y DVD.
En la actualidad, el almacenamiento en red es la opción más utilizada para compartir datos y colaborar, ya que permite que varias computadoras accedan a los datos a través de una red. Las configuraciones de almacenamiento en red son principalmente de dos tipos: almacenamiento conectado a red (NAS) y red de área de almacenamiento (SAN).
NAS implica un dispositivo conectado a una red. En este caso, el almacenamiento y la recuperación de datos se realizan desde una ubicación centralizada. Esta opción de almacenamiento en red asequible permite que varios usuarios almacenen y compartan archivos a través de una red TCP/IP mediante Wi-Fi o un cable.
SAN es una red especializada de alta velocidad que conecta grupos compartidos de dispositivos de almacenamiento a varios servidores. Implica varios dispositivos de distintos tipos, entre los que se incluyen:
Un disco de estado sólido (SSD) es un tipo de disco duro más rápido que los tradicionales que utilizan memoria flash y unidades flash, que son opciones basadas en electrónica donde los datos se pueden actualizar mediante operaciones de borrado o escritura. El almacenamiento híbrido, por su parte, implica una combinación de diferentes tipos de almacenamiento: almacenamiento flash, SSD y unidades de disco mecánicas (HDD).
El almacenamiento en la nube es otro método rentable y escalable porque los datos se almacenan de forma virtual y, por lo tanto, requiere acceso a Internet o a una red privada. El almacenamiento en la nube híbrido utiliza diferentes nubes (públicas, privadas e híbridas) para distintas cargas de trabajo.
Desarrollo de nuevas tecnologías para almacenar datos digitales de forma más eficiente
A pesar de todas estas opciones, el mundo busca soluciones más eficientes ante un universo digital que se proyecta que sumará Aproximadamente 175 zettabytes de datos al año para el año 2025. Un grupo cada vez mayor de investigadores aboga ahora por el ADN como una opción estable y sostenible para satisfacer esta demanda.
Ya se está explorando el ADN para el almacenamiento de datos, aunque todavía está en sus primeras etapas, con Un tamaño de mercado de sólo 70 millones de dólaresSin embargo, se estima que crecerá a una tasa anual compuesta (CAGR) de más del 80% para 2032.
El almacenamiento de datos de ADN es exactamente lo que dice: almacenar datos digitales en ADN (o ácido desoxirribonucleico), la molécula que transporta la información genética para el desarrollo y funcionamiento de un organismo.
Para crear ADN, cuatro nucleótidos diferentes (adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T)) se combinan para formar una estructura de doble hélice, donde dos cadenas unidas se enrollan una alrededor de la otra.
Al almacenar datos en ADN, los datos binarios se codifican en cadenas de ADN sintetizadas y luego se decodifican a partir de ellas. El ADN es conocido por ser estable, denso y tener la capacidad de durar mucho tiempo. Estas cualidades hacen del ADN un medio de almacenamiento atractivo.
“El ADN sintético tiene el potencial de almacenar órdenes de magnitud de más datos que los dispositivos actuales, y de una manera que promete ser mucho más sostenible”.
– Karin Strauss, directora sénior de investigación de Microsoft Research
Además de almacenar datos, el ADN también tiene Ha sido explorado Para la computación. Desde hace muchas décadas, la computación con ADN ha sido objeto de investigación y desarrollo debido a que ofrece beneficios de escalabilidad, durabilidad y eficiencia energética, entre otros.
En 2019, investigadores de Microsoft y la Universidad de Washington presentó el primer sistema totalmente automatizado para almacenar y recuperar datos utilizando ADN sintetizado. Esto implicó codificar "hola" en las moléculas de ADN sintético creadas en el laboratorio y luego convertirlo nuevamente.
Los últimos avances en computación molecular sugieren que, en un futuro cercano, incluso podremos hacer funcionar redes informáticas completas dentro de células vivas. Si bien el almacenamiento de ADN ya existe desde hace tiempo, el nuevo estudio muestra la primera computadora molecular funcional capaz de almacenar y calcular a través del ADN en lugar de usar electricidad.
A principios de este año, ingenieros de la Universidad de Minnesota y el Instituto Tecnológico de Rochester (RIT) Encontró un camino para procesar datos almacenados en el ADN. Este “circuito integrado de microfluidos” está diseñado para funcionar mediante cálculos de redes neuronales artificiales sobre datos almacenados en el ADN. Según el coautor del artículo, Amlan Ganguly:
“Estamos en la era de los grandes datos que es necesario almacenar en algún lugar”.
También señaló que construir más centros de datos no es la solución porque cada uno requiere construcción, mantenimiento y operación, lo cual no es sostenible.
Este estudio propuso representar números a través de las concentraciones de soluciones que contienen moléculas de ADN manipuladas específicamente. Esta manipulación representaría operaciones computacionales como la suma, la multiplicación y otras funciones no lineales esenciales para realizar cálculos en red.
Hace un par de años, Mark Bathe, profesor de ingeniería biológica del MIT, y sus colegas también... exhibido Una forma de seleccionar el archivo deseado de una mezcla de muchos fragmentos de ADN. Para ello, los investigadores encapsularon cada archivo de datos en una partícula de sílice de 6 μm, etiquetada con secuencias cortas de ADN que revelan el contenido.
Fuente: Noticias del MIT
Al hablar del enorme potencial del ADN para satisfacer la creciente demanda de almacenamiento de cantidades masivas de datos, Bathe destacó su fascinante propiedad de no consumir energía una vez creado el polímero de ADN. Simplemente se escribe el ADN y se almacena indefinidamente.
Los investigadores incluso han propuesto utilizando la estabilidad y durabilidad del ADN para codificar datos digitales con el fin de proteger los activos digitales.
Cada vez hay más investigadores y organizaciones Investigando el potencial del ADN para almacenar datos y realizar cálculos. El mercado global de almacenamiento de datos se encuentra actualmente en... $ 217 bln y Se prevé que alcance una enorme cifra de 777.98 millones de dólares al final de esta década.
Un avance en la computación basada en ADN revoluciona el almacenamiento de datos
En el último estudio, publicado en NatureInvestigadores de la Universidad Johns Hopkins y de la Universidad Estatal de Carolina del Norte demostraron una tecnología con funciones de almacenamiento y computación de datos utilizando ADN en lugar de electrónica.
Esta tecnología puede almacenar, recuperar, computar, borrar o reescribir datos repetidamente. Si bien las tecnologías anteriores de almacenamiento y computación de ADN permitían realizar algunas de estas tareas, no podían completarlas todas.
“En las tecnologías informáticas convencionales, damos por sentado que las formas en que se almacenan y procesan los datos son compatibles entre sí”.
– Albert Keung, líder del estudio y profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en NC State
También añadió:
“Pero en realidad, el almacenamiento y el procesamiento de datos se realizan en partes separadas de la computadora, y las computadoras modernas son una red de tecnologías complejas”.
Dado que los datos basados en ADN se almacenan en forma de ácidos nucleicos, la computación de ADN ha tenido dificultades para almacenarlos, recuperarlos y calcularlos.
Lo atractivo de la informática electrónica reside en la compatibilidad de todos los componentes de un dispositivo. Sin embargo, con el almacenamiento de datos de ADN, esto no ocurre. Si bien el almacenamiento de datos basado en ADN ofrece beneficios a largo plazo, se cree que desarrollar una tecnología de ADN que cubra todas las operaciones de los dispositivos electrónicos tradicionales sería difícil o imposible.
Ahora, el último estudio demuestra que estas tecnologías basadas en ADN son realmente “viables porque hemos creado una”.
Esto se ha logrado con la ayuda de técnicas recientes que han permitido la creación de materiales poliméricos blandos con morfologías únicas. Según el coautor del artículo, Orlin Velev:
“En concreto, hemos creado estructuras poliméricas que llamamos dendricoloides: comienzan en la microescala pero se ramifican unas de otras de forma jerárquica para crear una red de fibras a nanoescala”.
En 2019, una investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte demostró que diferentes polímeros precipitados a partir de soluciones en condiciones especiales pueden crear materiales de partículas dendríticas suaves y únicos con propiedades adhesivas distintivas (como las de las patas de los gecos, que les permiten adherirse a casi cualquier superficie) y de construcción de estructuras.
En aquel entonces, Velev compartió el uso de la nanofabricación líquida para convertir polímeros en partículas ramificadas tras disolverlos y mezclar rápidamente la solución con otro líquido. Esta rápida mezcla en flujo turbulento, un proceso inherentemente caótico, creó partículas ramificadas con estructuras jerárquicas.
NC State también presentó una patente sobre los materiales dendríticos blandos así como el proceso para crearlos.
Ahora, para el estudio de la solución de almacenamiento de ADN, la estructura que han creado tiene una gran superficie, lo que permite a los investigadores depositar ADN entre las nanofibrillas. Esta fue logrado sin sacrificar la densidad de datos, lo que hace que el ADN sea atractivo para el almacenamiento de datos.
“Podrías colocar el equivalente a mil computadoras portátiles en un almacenamiento basado en ADN del mismo tamaño que la goma de borrar de un lápiz”.
– Keung
El primer autor del artículo, Kevin Lin, ex estudiante de doctorado en NC State, afirmó que la capacidad de diferenciar entre la información del ADN y las nanofibras en las que está almacenada permite realizar muchas de las mismas funciones que se pueden realizar con los dispositivos electrónicos.
Según él, la información del ADN puede copiarse directamente de la superficie del material sin dañar el ADN en sí. Además de la capacidad de borrar fragmentos específicos de ADN y luego reescribirlos en la misma superficie, el estudio descubrió que depositar ADN en el material dendricoloide en realidad ayudó a preservar el ADN.
Velev señaló que con el estudio están “proporcionando el equivalente a los microcircuitos”, y el material dendricoloide proporciona la placa de circuito.
Esta nueva tecnología de almacenamiento y computación basada en ADN, llamada “motor de almacenamiento y computación de ADN primordial”, también es capaz de resolver problemas sencillos de sudoku y ajedrez 3x3. Las pruebas sugieren que la tecnología podría almacenar datos de forma segura durante miles de años. Además, “el material huésped dendrocoloidal en sí es relativamente económico y fácil de fabricar”, según Velev.
Empresas dedicadas al almacenamiento y computación de datos de ADN
Dada la importancia de los datos y la necesidad de soluciones más eficientes, varias empresas están considerando el almacenamiento de datos de ADN, la computación y las tecnologías moleculares. Por ejemplo, Thermo Fisher Scientific (TMO) ofrece soluciones integrales para la secuenciación de ADN y la biología molecular, mientras que Agilent Technologies (A) se centra en tecnologías basadas en ADN, y Pacific Biosciences of California (PACB) se especializa en tecnología de secuenciación de lectura larga. También está Helixworks Technologies, que ha creado material programable de almacenamiento de datos de ADN para codificar archivos de datos o pequeñas aplicaciones directamente en la estructura molecular de un objeto.
Ahora, analizaremos con más detalle dos nombres destacados en este campo. Ambas empresas, junto con Microsoft, Western Digital y varias otras instituciones miembro, formaron la Alianza de almacenamiento de datos de ADNLa alianza tiene como objetivo abordar el crecimiento de los datos digitales ofreciendo una solución de almacenamiento de datos de archivo sostenible y de bajo costo utilizando ADN y explorando su comercialización temprana.
#1. Corporación Twist Bioscience
Esta empresa se especializa en ADN sintético y se centra principalmente en tecnologías de almacenamiento de datos de ADN. Con una capitalización bursátil de 2.57 millones de dólares, las acciones de Twist Bioscience cotizan actualmente a 43.98 dólares, un 19.32 % más en lo que va del año. Su beneficio por acción (BPA) (TTM) es de -3.81 y su PER (TTM) es de -11.53.
(TWST )
Para el segundo trimestre de 2, la empresa reportaron Ingresos de 75.3 millones de dólares, lo que supone un aumento del 25% respecto al mismo trimestre del año anterior. El margen bruto también aumentó hasta el 41% en comparación con el 31%. Mientras tanto, se enviaron alrededor de 193,000 genes durante el período. 293.3 millones de dólares Se informó en efectivo, equivalentes de efectivo e inversiones a corto plazo.
“Seguimos firmes y centrados en nuestro camino hacia la rentabilidad”.
– Directora ejecutiva y cofundadora Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Esta empresa es líder en secuenciación y soluciones basadas en matrices, esenciales para el procesamiento y almacenamiento de datos de ADN. Con una capitalización bursátil de 20.77 millones de dólares, las acciones de Illumina cotizan actualmente a 130.42 dólares, un 6.33 % menos en lo que va del año. Su beneficio por acción (BPA) (TTM) es de -19.18 y su precio/beneficio (P/E) (TTM) es de -6.80.
(ILMN )
Para el segundo trimestre de 2, la empresa reportaron Ingresos de 1.09 millones de dólares, un 6% menos que en el segundo trimestre de 2. Su margen operativo GAAP fue del 23% y su margen operativo no GAAP fue del 40.5%. Al final del trimestre, se tenían 22.2 millones de dólares en efectivo, equivalentes de efectivo e inversiones a corto plazo.
“El equipo de Illumina entregó resultados que superaron nuestras expectativas en el trimestre, impulsado por una ejecución disciplinada de nuestras prioridades estratégicas”.
– Director ejecutivo Jacob Thaysen
Conclusión
La creciente digitalización del mundo significa que los datos digitales están destinados a experimentar un crecimiento exponencial. Esta explosión de datos superará con creces la capacidad de la tecnología de almacenamiento existente, lo que impulsa la necesidad de explorar y adoptar nuevas soluciones, como el almacenamiento de ADN.
Como demostró el nuevo estudio, los avances actuales están haciendo posible lograr un conjunto completo de funciones de almacenamiento y computación de datos. Estas operaciones incluyen el almacenamiento de datos, el traslado de datos y la capacidad de leer, reescribir, borrar, recargar o computar archivos de datos específicos, todo ello de manera programable y repetible sin degradar el ADN.
El ADN, una molécula extraordinaria presente en todas las células vivas, ofrece una densidad extremadamente alta, lo que lo convierte en la solución perfecta para el almacenamiento a largo plazo (no solo durante cientos, sino también durante miles de años). Esto indica su enorme potencial para transformar el mundo del almacenamiento y la informática.
