تقنية النانو
وسائط تخزين مبتكرة – كيف يمكن للبلورات إنقاذ البشرية
تطور تخزين البيانات
Recording data was crucial to civilization’s founding. In fact, the invention of written records defined the separation between the prehistorical and historical periods. From early cuneiform clay tablets and papyrus scrolls to medieval books and the printing press, improvements in writing methods and technology have been transformative to human societies.
اليوم، نسجل ونتعامل مع بيانات أكثر من أي وقت مضى. لكن بشكل متناقض، أصبحت وسائط التخزين لدينا أكثر هشاشة. على سبيل المثال، نحن الآن على علم بـ تحلل الأقراص أو تحلل أقراص الـ CD، وهو تدهور الطبقة العاكسة لقرص مدمج (CD). من المحتمل أن معظم هذه الأجهزة التخزينية، بما في ذلك أرشيف المتاحف، ستصبح غير قابلة للقراءة بعد بضعة عقود فقط. نفس المشكلة تؤثر على طرق التخزين الضوئي الأخرى مثل أقراص DVD و Blu‑Ray.
المصدر: Digital Scrapbooking Storage
وبالمثل، يمكن أن تكون الأقراص الصلبة حساسة جدًا للموجات الكهرومغناطيسية، لذا قد تُمحى معظم بيانات العالم بواسطة عاصفة شمسية قوية بما فيه الكفاية أو نبضة كهرومغناطيسية (EMP).
بشكل عام، مقارنة بالمخطوطات المكتوبة على الرق أو البردي أو الطين، من المرجح أن تستمر المعرفة الحديثة لبضع عقود أو قرن فقط، أو أنها على بعد كارثة واحدة من الدمار الكامل.
لحسن الحظ، يستكشف الباحثون تقنيات لتخزين البيانات أكثر دوامًا. ومن المثير للدهشة، قد يبدو ذلك مشابهًا للنوع من البلورات التي نراها في سفن فضائية في عروض الخيال العلمي.
المصدر: RPF
متانة البلورات
معظم المواد تتدهور مع مرور الوقت، سواء كان ذلك نقشًا متقدمًا على رقائق السيليكون أو ورقًا/جلودًا حيوانية. ومع ذلك، تُعد البلورة المعدنية نوعًا من الهياكل التي تظل مستقرة بشكل ملحوظ لآلاف السنين، إن لم يكن لملايين السنين.
ذلك لأن البلورات منظمة بصرامة ومهيكلة على المستوى الذري. وهذا يعني أنه لبدء كسرها، يجب كسرها على المستوى الذري بدلاً من مجرد تقليل الروابط بين الألياف الكبيرة أو الشحنة الكهرومغناطيسية لذرة السيليكون.
المصدر: Britannica
هذا يجعل البلورات مقاومة للغاية للضرر الناتج عن الحرارة أو الكائنات الدقيقة أو الكهرومغناطيسية.
هذه الخصائص هي التي جعلت البروفيسور بيتر كازانسكي في جامعة ساوثهامبتون يطور تخزين البيانات في البلورات. وقد سجّلوا مؤخرًا البيانات الكاملة للجينوم البشري في بلورة واحدة.
المصدر: University of Southampton
وعلى المدى الطويل، قد تصبح وسيلة لتخزين مجموع المعرفة البشرية بالكامل تقريبًا إلى الأبد.
“المفتاح البصري المنقوش على البلورة يمنح المكتشف معرفة ما هي البيانات المخزنة بداخلها وكيف يمكن استخدامها.
فوق طبقات البيانات الكثيفة المحتواة داخلها، يُظهر المفتاح العناصر الكونية (الهيدروجين، الأكسجين، الكربون، والنيتروجين)؛ القواعد الأربعة لجزيء الحمض النووي (الأدينين، السيتوزين، الجوانين، والثيمين) مع هيكله الجزيئي؛ موضعها في بنية اللولب المزدوج للحمض النووي؛ وكيفية تموضع الجينات داخل الصبغي، الذي يمكن بعد ذلك إدراجه في خلية.”
بلورات 5D
الطريقة التي استخدموها هي الاستفادة من الطبيعة ثلاثية الأبعاد للبلورات. يقومون بتسجيل البيانات في البلورة باستخدام ليزر فائق السرعة لنقش البيانات بدقة داخل فراغات نانوية البنية داخل بلورة السيليكا – بأحجام ميزات تصل إلى 20 نانومتر.
المصدر: ZME Science
هذا يتعارض مع معظم طرق تسجيل البيانات المستخدمة حاليًا، والتي تسجل البيانات في الغالب على سطح ثنائي الأبعاد، سواء كان ورقًا أو شريطًا مغناطيسيًا أو رقاقة سيليكون.
بدلاً من ذلك، يسجلون البيانات في جميع أعماق البلورة (ثلاثية الأبعاد)، بالإضافة إلى إضافة طبقة أخرى من كثافة البيانات عن طريق إضافة بُعدين بصريين إلى البُعد المكاني الثلاثي.
الانحراف المزدوج
نظريًا، قد يكون تخزين البيانات ثلاثي الأبعاد “البسيط” باستخدام الموقع المكاني للفراغ النانوسي في البلورة كافيًا. ومع ذلك، سيتطلب ذلك بلورات أكبر بكثير أو سيحد من حجم البيانات التي يمكن احتجازها في كل بلورة.
لذلك يستفيد الباحثون أيضًا من ظاهرة تُسمى “الانحراف المزدوج”. تعني أن المادة تعيد توجيه الضوء بشكل مختلف اعتمادًا على استقطاب الضوء. وهذا يسمح لنا بمضاعفة كثافة تخزين البيانات بمقدار 8 أضعاف.
من خلال تسجيل البيانات باستخدام بصريات تركيز أكثر ضيقًا وضوء بطول موجي أقصر، يمكن تحقيق تكثيف مكاني (ثلاثي الأبعاد) مشابه لتقنية أقراص Blu‑Ray، مع حجم حفرة يقل عن 200 نانومتر.
وبالدمج مع البُعدين الرابع والخامس اللذين توفرهما ظاهرة الانحراف المزدوج، مما يسمح لحفرة واحدة بتخزين ثمانية بتات (بايت واحد) من المعلومات بدلاً من واحدة، يمكن تحقيق سعة غير مسبوقة تصل إلى مئات التيرابايت في قرص واحد بقطر 12 سم.
متانة قصوى
ليس فقط أن هذا سيكون كثيفًا في تخزين البيانات مثل أقراص Blu‑Ray، بل سيكون أيضًا أكثر متانة بكثير. البلورة المستخدمة تعادل الكوارتز المدمج، وهو أحد أكثر المواد الكيميائية والحرارية متانة على الأرض.
يمكنها تحمل أقصى درجات الحرارة العالية والمنخفضة، من التجمد إلى النار، ودرجات حرارة تصل إلى 1000 °C. كما يمكن للبلورة تحمل قوة صدم مباشرة تصل إلى 10 أطنان لكل سم² ولا تتأثر بالتعرض الطويل للإشعاع الكوني. كما أنها لا تتأثر بالتيارات الكهربائية الشديدة.
التطبيقات
الأرشيفات الدائمة
على الرغم من متانتها الفائقة، فإن نظام تخزين البيانات هذا غير قابل لإعادة الكتابة. لذا لا ينبغي أن نتوقع أن تكون هذه التقنية جزءًا من حواسيبنا في المستقبل القريب.
ومن المحتمل أيضًا أنها ليست سريعة أو سهلة القراءة مثل الأقراص الضوئية، لذا فهي وسيلة ضعيفة في حالة البيانات التي نرغب في استشارتها بشكل متكرر.
ومع ذلك، فهي الصيغة المثالية لتخزين الأرشيفات التي نرغب في الحفاظ عليها دون تغيير لفترة زمنية طويلة جدًا. لذا يمكن أن يكون هذا نظامًا رائعًا لتخزين العديد من أنواع المعلومات التي لا تتغير مع الوقت وتكون مهمة بما يكفي لتستحق الجهد:
- سجلات تاريخية وأثرية.
- الأدب والموسيقى والفن بشكل عام.
- المعرفة العلمية، من تاريخ العلوم إلى قواعد البيانات حول الرياضيات المعروفة والكيمياء والفيزياء والبيولوجيا، إلخ.
- البيانات المالية، حيث قد يكون هذا التخزين أكثر دوامًا حتى من شبكات البلوك تشين اللامركزية.
- برامج النسخ الاحتياطي وغيرها من البيانات الأساسية لأنظمة تكنولوجيا المعلومات.
تأمين ضد الكوارث
تم تسجيل بيانات الجينوم البشري مؤخرًا على بلورة 5D وسيتم تخزينها في أرشيف Memory Of Mankind. هذه كبسولة زمنية خاصة داخل كهف ملحي مدفون على عمق 2 كلم في هالشتات، النمسا.
ستسمح جيولوجيا الجبل لأرشيف MOM بأن يغلق نفسه بالكامل بظاهرة طبيعية: يتدفق الملح بسرعة 2 سم/سنة إلى أي فراغ. سيحمي ذلك الأرشيف من أكبر تهديد؛ الإنسان نفسه.
هدفه هو أرشفة الذاكرة البشرية، من الشهادات والقصص التي يجمعها الأفراد إلى توثيق التكنولوجيا، وكذلك على سبيل المثال مواقع مخازن النفايات النووية أو السامة.
سابقًا، اعتمدت Memory Of Mankind على السيراميك عالي التقنية لتخزين النصوص والصور بشكل دائم بهدف أن تكون قابلة للقراءة بعد مليون سنة. كما سيحتوي على أداة فك شيفرة شاملة جدًا لشرح لغتنا.
يمكن للقرص المصنوع من الميكروفيلم السيراميكي (20×20 سم) أن يحمل ما يصل إلى 5 ملايين حرف، وهو ما يعادل 5×400 صفحة من الكتب. يتطلب كتاب على الميكروفيلم السيراميكي حجمًا يساوي 1/200 من النسخة المطبوعة.
البيانات الجينية للأنواع المنقرضة
بعض البيانات لا يمكن استعادتها أبدًا عندما تُفقد. وهذا صحيح ليس فقط لإنجازات البشر بل أيضًا للعالم الطبيعي.
على سبيل المثال، يمكن (ويجب) أرشفة البيانات الجينية للأنواع المنقرضة أو المهددة بالانقراض بهذه الطريقة طويلة الأمد.
مع الأخذ في الاعتبار إنشاء بكتيريا صناعية من قبل فريق الدكتور كريغ فينتر في عام 2010، والجهد الحالي لإعادة إحياء الماموث، ليس من الصعب تخيل أنه خلال بضعة عقود أو قرون سيتم بذل جهود لإعادة إنشاء مثل هذه الأنواع المنقرضة من الصفر.
استكشاف الفضاء العميق
استلهم البروفيسور كازانسكي وفريقه من لوحات مركبة Pioneer التي أطلقتها ناسا في مسار يخرجها خارج حدود النظام الشمسي.
المصدر: Space.com
يمكن استخدام بلورة 5D بشكل مشابه لنقل المعلومات عبر النجوم، مع فقدان بيانات ضئيل أو معدوم. تم فعل ذلك بالفعل، وإن كان أكثر كحيلة تسويقية، حيث بلورة 5D تحتوي على ثلاثية أسيموف الأساس للخيال العلمي كانت على متن Tesla Roadster التي أُرسلت إلى الفضاء في عام 2018.
يعتبر بعض المفكرين المبدعين أن هذا قد يكون وسيلة للبشر لاستكشاف النجوم حتى دون وسائل السفر السريعة. يمكن إرسال سفينة محملة بالبيانات والآلات اللازمة لإنشاء أجنة بشرية “من الصفر”، ومن ثم إنجاب مستعمرين جدد في نجوم بعيدة جدًا.
الاستثمار في تخزين البيانات
بلورات 5D هي، في الوقت الحالي، تقنية جديدة جدًا، يتم تطويرها أيضًا من قبل الشركة الخاصة 5D Memory Crystal / SPhotonics، التي انبثقت من جامعة ساوثهامبتون. ومع ذلك، تستكشف شركات أخرى كيفية جعل تقنية تخزين البيانات أكثر صمودًا من طرقنا الحالية.
يمكنك الاستثمار في شركات تخزين البيانات عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة الأمريكية، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من البلدان الأخرى.
إذا لم تكن مهتمًا بشركات تخزين البيانات فقط، يمكنك أيضًا النظر في صناديق المؤشرات المتداولة التقنية مثل ProShares Nanotechnology ETF (TINY)، Global X Cloud Computing ETF (CLOU) أو Defiance Quantum ETF (QTUM) التي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من أهمية البيانات وتكنولوجيا المعلومات في الاقتصاد الحديث.
شركات تخزين البيانات
1. Twist Biosciences
(TWST )
تتخصص الشركة في تركيب الحمض النووي (DNA)، الاستفادة من أساليب التصغير من صناعة أشباه الموصلات، مما يوفر الوقت والمال للباحثين.
كما تعمل على إنشاء تخزين بيانات قائم على الحمض النووي يمكن استخدامه لحماية البيانات بشكل مستقل عن الأنظمة الإلكترونية. لذا قد تستخدم تقنيات تخزين البيانات المتقدمة الحمض النووي نفسه، إلى جانب البلورات.
يسمح لنا هذا التصغير بتقليل أحجام التفاعلات بمقدار 1,000,000 مرة مع زيادة الإنتاجية بمقدار 1,000 مرة، مما يتيح تركيب 9,600 جين على شريحة سيليكون واحدة على نطاق كامل.
المصدر: Twist Biosciences
في يناير 2023، بدأت الشركة شحن المنتجات من منشأة التصنيع الثانية التي أطلقتها مؤخرًا. من المتوقع أن يضاعف المصنع الجديد قدرات الإنتاج لشركة Twist.
بفضل قدرتها المتقدمة على تركيب DNA وRNA، يمكن أن تصبح Twist بسرعة مصنعًا رئيسيًا للأبتامرات إذا نما سوق منتجات مضادة للتجلط.
كمنتج “محايد” يركز على توفير أفضل تسلسلات الأحماض النووية بأفضل سعر، يمكن أن تكون شريك تصنيع مفضل لأي شركة أدوية تتطلع إلى تسويق أحماض نووية مفيدة، مثل تخزين البيانات أو الأبتامرات المضادة للتجلط.
2. Pure Storage
(PSTG )
من الممكن تمامًا أن نعتمد يومًا ما على تخزين DNA أو بلورات 5D لحماية البيانات الحيوية. ولكن حتى ذلك الحين، من المرجح أن تكون حاجتنا لتخزين بيانات إضافية من خلال الحل التقليدي القائم على السيليكون.
Pure Storage هي رائدة في سوق “التخزين كخدمة” (STaaS). تنمو بسرعة (18٪ سنويًا) وتضم بالفعل أكثر من 12,500 عميل عالمي (ارتفاعًا من أكثر من 9,000 في 2022)، بما في ذلك Meta وComcast وDomino’s Pizza وNASA.
المصدر: Pure Storage
تدعم Pure Storage أيضًا العديد من مشاريع الذكاء الاصطناعي من SiriusXM وAutoNation ومركز الجينوم الصحي 2030 وCrater Labs، وغيرها.
الميزة الرئيسية للشركة تستند إلى تقنية FlashArray وFlashBlade، التي تتفوق على الأقراص الصلبة من خلال تخزين البيانات على محركات الذاكرة الفلاشية.
تستهلك أنظمتها طاقة ومساحة أقل بمقدار 2-5 مرات مقارنة بأنظمة الأقراص الصلبة الحالية وتكون أكثر موثوقية بـ 10 مرات.
المصدر: Pure Storage
نظرًا لأن 1-2٪ من استهلاك الطاقة العالمي يأتي من مراكز البيانات، فإن تقليل استهلاك الطاقة المتعلق بالتخزين بنسبة 80٪ يمكن أن يكون له تأثير هائل.
بدأت Pure Storage في البداية كمنتج للأجهزة الصلبة، لكنها تطورت ببطء لتصبح مزودًا لخدمات السحابة مع عروض جاهزة بالكامل.
من المرجح أن تستفيد Pure Storage في السنوات القادمة من صعود الذكاء الاصطناعي مع الحاجة إلى تقليل استهلاك الطاقة في صناعة تكنولوجيا المعلومات، كما يتضح على سبيل المثال من خلال الصفقة الأخيرة لمايكروسوفت لإعادة تشغيل محطة الطاقة النووية في جزيرة ثلاثة أميال.
