Computación
Almacenamiento de Datos Basado en ADN Totalmente Funcional Posible con el Logro Reciente
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En el mundo hiper-digital de hoy, cada empresa depende de los datos. La cantidad de datos empresariales está creciendo rápidamente, especialmente con la llegada de tecnologías avanzadas como la analítica de datos, el Internet de las Cosas (IoT) y la IA, que tanto generan como utilizan enormes volúmenes de datos.
Estos datos son potencialmente importantes, y ahora más que nunca es crítico asegurarlos de manera eficiente, fiable y segura. Para almacenar datos, necesitas soluciones de almacenamiento que permitan acceder, organizar, gestionar, compartir y usar la información vital.
Aunque tu computadora tiene capacidad de almacenamiento, es limitada y se guarda en un dispositivo, por lo que solo puede usarse mientras el dispositivo está encendido y permanece hasta que se elimine. Para almacenar tus datos a largo plazo, necesitas soluciones de almacenamiento de datos.
Los dispositivos de almacenamiento están principalmente divididos en dos grupos:
- Almacenamiento de área directa (DAS)
- Almacenamiento basado en red
El DAS está conectado directamente a la máquina informática que lo accede, y aunque puede proporcionar servicios decentes de copia de seguridad local, el uso compartido es bastante limitado. Los dispositivos en esta categoría incluyen disquetes, unidades flash y discos ópticos como CD y DVD.
Ahora, el almacenamiento basado en red es la opción más adecuada para compartir datos y colaborar, ya que permite que múltiples computadoras accedan a los datos a través de una red. Las configuraciones de almacenamiento basado en red son principalmente de dos tipos: almacenamiento conectado a la red (NAS) y red de área de almacenamiento (SAN).
NAS implica un dispositivo conectado a una red. Aquí, el almacenamiento y la recuperación de datos se realizan desde una ubicación centralizada. Esta opción de almacenamiento en red asequible permite a varios usuarios almacenar y compartir archivos a través de una red TCP/IP mediante Wi‑Fi o cable.
SAN es una red especializada y de alta velocidad que conecta grupos compartidos de dispositivos de almacenamiento a múltiples servidores. Involucra varios dispositivos de diferentes tipos, que incluyen:
Un disco de estado sólido (SSD) es un tipo de disco duro que es más rápido que los tradicionales y utiliza memoria flash y unidades flash, que son opciones basadas en electrónica donde los datos pueden actualizarse mediante operaciones de borrado o escritura. El almacenamiento híbrido, por su parte, combina diferentes tipos de almacenamiento: almacenamiento flash, SSD y discos duros mecánicos (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 híbrida utiliza diferentes nubes, públicas, privadas e híbridas, para distintas cargas de trabajo.
Desarrollando Nueva Tecnología 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 añadirá aproximadamente 175 zettabytes de datos al año para 2025. Un número creciente de investigadores está ahora abogando 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 aún está en sus primeras etapas, con un tamaño de mercado de solo $70 million. Sin embargo, se estima que crecerá a una tasa compuesta anual de más del 80 % para 2032.
El almacenamiento de datos en ADN es exactamente lo que su nombre indica: almacenar datos digitales en ADN (ácido desoxirribonucleico), la molécula que lleva 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 enlazadas se enrollan entre sí.
Al almacenar datos en ADN, los datos binarios se codifican en cadenas de ADN sintetizado 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 más datos que los dispositivos actuales, y de una manera que promete ser mucho más sostenible.»
– Karin Strauss, Gerente Principal de Investigación Senior en Microsoft (MSFT ) Research
Además de almacenar datos, el ADN también ha sido explorado para la computación. Durante muchas décadas, la computación con ADN ha sido objeto de investigación y desarrollo debido a los beneficios que ofrece, como la escalabilidad, durabilidad y eficiencia energética, entre otros.
En 2019, investigadores de Microsoft y la Universidad de Washington presentaron el primer sistema totalmente automatizado para almacenar y recuperar datos usando ADN sintetizado. Esto implicó codificar ‘hello’ en las moléculas de ADN sintético creadas en el laboratorio y luego convertirlo de nuevo.
Los recientes avances en computación molecular sugieren que incluso podríamos ejecutar redes informáticas completas dentro de células vivas en un futuro próximo. Aunque el almacenamiento en ADN ha existido ya durante un tiempo, el nuevo estudio muestra la primera computadora molecular funcional capaz de almacenar y computar mediante ADN en lugar de usar electricidad.
A principios de este año, ingenieros de la Universidad de Minnesota y del Rochester Institute of Technology (RIT) encontraron una forma de procesar datos almacenados en ADN. Este “microfluidic integrated circuit” está diseñado para operar mediante cálculos de redes neuronales artificiales sobre datos almacenados en ADN. Según el coautor del artículo, Amlan Ganguly:
«Estamos en la era de los macrodatos que necesitan ser almacenados 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 mediante las concentraciones de soluciones que contienen moléculas de ADN manipuladas específicamente. Esta manipulación representaría operaciones de cálculo como suma, multiplicación y otras funciones no lineales esenciales para realizar cálculos de red.
Hace un par de años, Mark Bathe, profesor de ingeniería biológica del MIT, y sus colegas también presentaron una forma de extraer el archivo deseado de una mezcla de muchas piezas 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: MIT News
Al discutir el enorme potencial del ADN para satisfacer la creciente demanda de almacenar enormes cantidades de datos, Bathe señaló su propiedad intrigante de no consumir energía una vez creado el polímero de ADN. Simplemente se escribe el ADN y se almacena indefinidamente.
Los investigadores incluso propusieron usar la estabilidad y durabilidad del ADN para codificar datos digitales con el fin de asegurar y proteger los activos digitales.
Más investigadores y organizaciones están investigando el potencial del ADN para almacenar datos y realizar cálculos. El mercado global de almacenamiento de datos actualmente se sitúa en $217 bln y se prevé que alcance la asombrosa cifra de $777.98 bln para finales de esta década.
El Avance en Computación Basada en ADN Revoluciona el Almacenamiento de Datos
En el último estudio, publicado en Nature, investigadores de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad Estatal de Carolina del Norte demostraron una tecnología con funciones de almacenamiento y computación de datos usando ADN en lugar de electrónica.
Esta tecnología puede almacenar, recuperar, computar, borrar o reescribir datos de forma repetida. Mientras que las tecnologías anteriores de almacenamiento y computación en ADN podían realizar algunas de estas tareas, no podían completarlas todas.
«En las tecnologías informáticas convencionales, damos por sentado que las formas en que los datos se almacenan y se procesan 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 de datos 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 con ADN ha tenido dificultades para almacenar, recuperar y computar dichos datos.
Lo que hace atractiva la computación electrónica es que todos los componentes de un dispositivo son compatibles. Pero con el almacenamiento de datos en ADN, eso no ocurre. Aunque el almacenamiento de datos basado en ADN ofrece beneficios a largo plazo, se cree que desarrollar una tecnología de ADN que cubra todo el rango de operaciones que se encuentran en los dispositivos electrónicos tradicionales sería difícil o incluso imposible de lograr.
Ahora, el último estudio demuestra que estas tecnologías basadas en ADN son realmente «viables porque hemos creado una».
Esto se logró con la ayuda de técnicas recientes que han permitido la creación de materiales poliméricos blandos con morfologías únicas. Según el coautor correspondiente del artículo, Orlin Velev:
«Específicamente, hemos creado estructuras poliméricas que llamamos dendricolloides: comienzan a escala microscópica pero se ramifican entre sí de forma jerárquica para crear una red de fibras a nanoescala.»
En 2019, una investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte mostró que diferentes polímeros precipitaban de soluciones bajo condiciones especiales, creando materiales de partículas dendríticas blandas con adhesión distintiva (como la de los pies de los gecos, que les permite adherirse a casi cualquier superficie) y propiedades de construcción estructural.
En ese momento, Velev compartió el uso de la ‘nanofabricación líquida’ para convertir polímeros en partículas ramificadas después de disolver el polímero y mezclar rápidamente la solución con otro líquido. Esta mezcla rápida en flujo turbulento, un proceso inherentemente caótico, creó partículas ramificadas en 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 los nanofibrilos. Esto se logró sin sacrificar la densidad de datos, lo que hace que el ADN sea atractivo para el almacenamiento de datos.
«Podrías almacenar datos equivalentes a mil portátiles en un almacenamiento basado en ADN del mismo tamaño que una goma de 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 donde se almacena permite realizar muchas de las mismas funciones que se pueden con dispositivos electrónicos.
Según él, la información del ADN puede copiarse directamente de la superficie del material sin dañar el propio ADN. Además de la capacidad de borrar piezas específicas de ADN y volver a escribirlas en la misma superficie, el estudio encontró que depositar ADN en el material dendricolloide realmente ayudó a preservar el ADN.
Velev señaló que con el estudio, están «proporcionando el equivalente a microcircuitos», y el material dendricolloidal actúa como la placa de circuito.
Esta nueva tecnología de almacenamiento y computación basada en ADN, llamada «motor primordial de almacenamiento y cómputo de ADN», también es capaz de resolver sudokus simples y problemas de ajedrez 3 × 3. Las pruebas sugieren que la tecnología podría almacenar datos de forma segura durante miles de años. Además, «el propio material hospedador dendrocoloidal es relativamente económico y fácil de fabricar», según Velev.
Empresas Involucradas en el Almacenamiento y la Computación de Datos con ADN
Dada la importancia de los datos y la necesidad de soluciones más eficientes, varias empresas están investigando el almacenamiento de datos en ADN, la computación y las tecnologías moleculares. Por ejemplo, Thermo Fisher Scientific (TMO ) (TMO) ofrece soluciones integrales para la secuenciación de ADN y biología molecular, mientras que Agilent Technologies (A ) (A) se centra en tecnologías basadas en ADN, y Pacific Biosciences of California (PACB ) (PACB) se especializa en tecnología de secuenciación de lectura larga. Luego está Helixworks Technologies, que ha creado material de almacenamiento de datos en ADN programable para codificar archivos de datos o pequeñas aplicaciones directamente en la estructura molecular de un objeto.
Ahora, examinaremos con más detalle dos nombres prominentes en este campo. Ambas empresas, junto con Microsoft, Western Digital (WDC ) y varias otras instituciones miembros, formaron la DNA Data Storage Alliance (DTST ) . La alianza tiene como objetivo abordar el crecimiento de los datos digitales ofreciendo una solución de almacenamiento de datos de archivo de bajo costo y sostenible usando ADN y explorando su comercialización temprana.
#1. Twist Bioscience Corporation
Esta empresa se especializa en ADN sintético y se centra fuertemente en tecnologías de almacenamiento de datos en ADN. Con una capitalización de mercado de 2,57 mil millones de dólares, las acciones de Twist Bioscience (TWST ) cotizan actualmente a 43,98 $, con un aumento del 19,32 % en lo que va del año. Su EPS (TTM) es -3,81, y su P/E (TTM) es -11,53.
TWST Gráfico de precios
Para el segundo trimestre de 2024, la empresa informó ingresos de 75,3 millones de dólares, lo que representa un aumento del 25 % respecto al mismo trimestre del año anterior. El margen bruto también aumentó al 41 % frente al 31 %. Mientras tanto, se enviaron aproximadamente 193 000 genes durante el período. Se reportaron 293,3 millones de dólares en efectivo, equivalentes de efectivo e inversiones a corto plazo.
«Mantenemos nuestra firmeza y enfoque en el camino hacia la rentabilidad.»
– CEO y cofundadora Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Esta es una líder en secuenciación y soluciones basadas en matrices, esenciales para el procesamiento y almacenamiento de datos de ADN. Con una capitalización de mercado de 20,77 mil millones de dólares, las acciones de Illumina cotizan actualmente a 130,42 $, con una caída del 6,33 % en lo que va del año. Su EPS (TTM) es -19,18, y su P/E (TTM) es -6,80.
ILMN Gráfico de precios
Para el segundo trimestre de 2024, la empresa informó ingresos de 1,09 mil millones de dólares, una caída del 6 % respecto al 2Q23. Su margen operativo GAAP fue del 40,5 %, y su margen operativo no GAAP del 22,2 %. Al final del trimestre, se mantenían 994 millones de dólares en efectivo, equivalentes de efectivo e inversiones a corto plazo.
«El equipo de Illumina entregó resultados por encima de nuestras expectativas en el trimestre, impulsado por una ejecución disciplinada de nuestras prioridades estratégicas.»
– CEO Jacob Thaysen
Conclusión
La creciente digitalización del mundo significa que los datos digitales están preparados para un crecimiento exponencial. Esta explosión de datos superará con creces la capacidad de la tecnología de almacenamiento existente, impulsando la necesidad de explorar y adoptar nuevas soluciones como el almacenamiento en ADN.
Como demostró el nuevo estudio, los avances continuos están haciendo posible lograr una suite completa de funciones de almacenamiento y computación de datos. Estas operaciones incluyen almacenar datos, mover datos y la capacidad de leer, reescribir, borrar, recargar o computar archivos de datos específicos, todo de manera programable y repetible sin degradar el ADN.
El ADN, una molécula notable que se encuentra en cada célula viva, ofrece una densidad extremadamente alta, lo que lo convierte en la solución de almacenamiento a largo plazo perfecta (no solo para cientos sino para miles de años). Esto apunta a su enorme potencial para transformar el mundo del almacenamiento y la computación.
