Nanotecnología
Medios de Almacenamiento Ingeniosos – Cómo los Cristales Pueden Salvar a la Humanidad
Evolución del Almacenamiento de Datos
La grabación de datos fue crucial para el establecimiento de la civilización. De hecho, la invención de los registros escritos definió la separación entre los períodos prehistóricos y históricos. Desde las primeras tabletas de arcilla cuneiformes y los rollos de papiro hasta los libros medievales y la imprenta, las mejoras en los métodos de escritura y la tecnología han sido transformadoras para las sociedades humanas.
Hoy en día, registramos y manejamos más datos que nunca. Pero paradójicamente, nuestros medios de almacenamiento se han vuelto cada vez más frágiles. Por ejemplo, ahora somos conscientes del rot de disco, o rot de CD, que es la degradación de la capa reflectante de un disco compacto (CD). Es probable que la mayoría de estos dispositivos de almacenamiento, incluyendo los archivos de los museos, sean ilegibles después de apenas unas décadas. El mismo problema afecta a otros métodos de almacenamiento óptico como los DVD y los Blu-rays.
De manera similar, los discos duros pueden ser muy sensibles a las ondas electromagnéticas, por lo que la mayoría de los datos del mundo podrían ser borrados por una tormenta solar o un EMP lo suficientemente fuerte.
Así que, en general, en comparación con los manuscritos escritos en vitela, papiro o arcilla, el conocimiento moderno solo durará unas décadas o un siglo, o está a un paso de la destrucción total.
Afortunadamente, los investigadores están explorando tecnologías para un almacenamiento de datos mucho más duradero. Y, curiosamente, podría parecerse mucho al tipo de cristal que vemos en las naves espaciales de las series de ciencia ficción.
Fuente: RPF
Durabilidad de los Cristales
La mayoría de los materiales se degradan con el tiempo, ya sea por grabaciones avanzadas en obleas de silicio o papel/pieles de animales. Sin embargo, el cristal mineral es un tipo de estructura que permanece notablemente estable durante milenios, si no millones de años.
Esto se debe a que los cristales están muy rígidamente organizados y estructurados a nivel atómico. Esto significa que para empezar a romperlos, es necesario romperlos a nivel atómico en lugar de simplemente reducir los enlaces entre fibras grandes o la carga electromagnética de un átomo de silicio.
Fuente: Britannica
Esto hace que los cristales sean extremadamente resistentes al daño por calor, microorganismos o electromagnetismo.
Son estas propiedades las que hicieron que el Prof. Peter Kazansky de la Universidad de Southampton desarrollara el almacenamiento de datos en cristal. Recientemente, registraran la totalidad de los datos del genoma humano en un cristal.
Fuente: Universidad de Southampton
Y a largo plazo, podría convertirse en una forma de almacenar la suma total del conocimiento humano durante casi la eternidad.
“La clave visual inscrita en el cristal da al descubridor el conocimiento de qué datos se almacenan dentro y cómo se podrían utilizar.
Sobre los planos densos de datos contenidos dentro, la clave muestra los elementos universales (hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno); las cuatro bases de la molécula de ADN (adenina, citosina, guanina y timina) con su estructura molecular; su colocación en la estructura de doble hélice del ADN; y cómo los genes se posicionan en un cromosoma, que luego se puede insertar en una célula.
Cristales 5D
La forma en que lo hicieron es aprovechando la naturaleza 3D de los cristales. Graban los datos en el cristal utilizando láseres ultrarrápidos para inscribir datos de manera precisa en vacíos nanoestructurados dentro de un cristal de sílice – con tamaños de características tan pequeños como 20 nanómetros.
Fuente: ZME Science
Esto va en contra de la mayoría de la grabación de datos actualmente utilizada, que graba los datos en un plano 2D, ya sea en papel, cinta magnética o oblea de silicio.
En lugar de eso, graban los datos en todas las profundidades del cristal (3D), así como agregan otra capa de densidad de datos al agregar a la dimensión espacial 3D dos dimensiones ópticas.
Birefringencia
En teoría, el almacenamiento de datos “simple” 3D utilizando la posición espacial del vacío nanoscópico en el cristal podría ser suficiente. Sin embargo, requeriría cristales mucho más grandes o limitar el volumen de datos que se puede contener por cristal.
Así que los investigadores también aprovechan un fenómeno llamado “birefringencia”. Significa que el material redirige la luz de manera diferente dependiendo de la polarización de la luz. Esto permite multiplicar la densidad de almacenamiento de datos 8 veces.
Al grabar datos con óptica de enfoque más ajustada y luz de longitud de onda más corta, es posible lograr una densificación espacial (3D) similar a la de los discos Blu-Ray, que involucra un tamaño de surco de menos de 200 nm.
Combinado con la cuarta y quinta dimensión proporcionada por la birefringencia, que permiten que un solo surco almacene ocho bits (un byte) de información en lugar de uno, sería posible lograr una capacidad sin precedentes de cientos de terabytes en un solo disco de 12 cm de diámetro.
Durabilidad Extrema
No solo sería esto tan denso de almacenamiento de datos como los Blu-rays, sino que también sería mucho más duradero. El cristal utilizado es equivalente al cuarzo fundido, uno de los materiales más químicamente y térmicamente duraderos de la Tierra.
Puede soportar los extremos de congelación, fuego y temperaturas de hasta 1000 °C. El cristal también puede soportar un impacto directo de hasta 10 toneladas por cm2 y no se ve afectado por la exposición prolongada a la radiación cósmica. De manera similar, no se ve afectado por corrientes eléctricas intensas.
Aplicaciones
Archivos Permanentes
Si bien el sistema de almacenamiento es ultra-durable, no es reescribible. Así que no debemos esperar que esta tecnología forme parte de nuestros computadoras en un futuro cercano.
También es probable que no sea tan rápido o fácil de leer como los discos ópticos, por lo que es un medio pobre en el caso de datos que queremos consultar con frecuencia.
Sin embargo, es el formato de almacenamiento perfecto para archivos que queremos preservar sin cambios durante un período de tiempo ultra-largo. Así que esto podría ser un gran sistema para almacenar muchos tipos de información que no cambian con el tiempo y son lo suficientemente importantes como para valer la pena el esfuerzo:
- Registros históricos y arqueológicos.
- Literatura, música y arte en general.
- Conocimiento científico, desde la historia de la ciencia hasta bases de datos sobre matemáticas, química, física, biología, etc.
- Datos financieros, con un almacenamiento tal vez incluso más duradero que las redes blockchain descentralizadas.
- Programas de respaldo y otros datos básicos de los sistemas de TI.
Seguro contra Catástrofes
Los datos del genoma humano grabados recientemente en el cristal 5D se almacenarán en los Archivos de la Memoria de la Humanidad. Esto es una cápsula del tiempo especial dentro de una cueva de sal enterrada 2 km de profundidad en Hallstatt, Austria.
La geología de la montaña permitirá que el archivo de la Memoria de la Humanidad se cierre completamente por un fenómeno natural: la sal “fluye” con una velocidad de 2 cm/año en cualquier vacío. Esto protegerá el archivo de la mayor amenaza; el hombre mismo.
Su objetivo es el archivo de la memoria humana, desde testimonios y historias recopiladas por individuos hasta la documentación de la tecnología, así como, por ejemplo, las ubicaciones de los repositorios de desechos nucleares o tóxicos.
Anteriormente, la Memoria de la Humanidad confiaba en cerámica de alta tecnología para almacenar texto e imágenes de manera permanente con el objetivo de ser legible en 1 millón de años. También contendrá una herramienta de descifrado muy extensa para explicar nuestro lenguaje.
Una tableta de Microfilm de Cerámica (20×20 cm) puede contener hasta 5 millones de caracteres, lo que equivale a 5×400-páginas de libros. Un libro en Microfilm de Cerámica requiere 1/200 del volumen en comparación con la versión impresa.
Datos Genéticos de Especies Extintas
Algunos datos también nunca se pueden restaurar cuando se pierden. Esto es cierto no solo para los logros humanos, sino también para el mundo natural.
Por ejemplo, los datos genéticos de especies extintas o en peligro de extinción podrían (deberían) archivarse de una manera tan duradera.
Considerando la creación de una bacteria sintética por el equipo del Dr. Craig Venter en 2010, y el esfuerzo actual para resucitar a los mamuts, no es descabellado imaginar que en unas décadas o siglos se harán esfuerzos para recrear desde cero especies extintas.
Exploración del Espacio Profundo
El Prof. Kazansky y su equipo se inspiraron en las placas de la nave espacial Pioneer que fueron lanzadas por la NASA en una trayectoria para llevarla más allá de los confines del Sistema Solar.
Fuente: Space.com
El cristal 5D podría usarse de manera similar para transferir información a través de las estrellas, con una pérdida de datos mínima o nula. De hecho, ya se hizo, aunque más como un truco publicitario, como cuando un cristal 5D que contiene la trilogía de ciencia ficción de Asimov se encontraba a bordo del Tesla Roadster enviado al espacio en 2018.
Algunos pensadores imaginativos incluso consideran que esto podría ser una forma para que la humanidad explore las estrellas incluso sin métodos de viaje rápido. Una nave podría ser enviada con los datos y las máquinas necesarias para crear embriones humanos “desde cero”, y dar a luz a nuevos colonos en estrellas lejanas.
Invertir en Almacenamiento de Datos
Los cristales 5D son, por ahora, una tecnología muy nueva, que también está siendo desarrollada por la empresa privada 5D Memory Crystal / SPhotonics, derivada de la Universidad de Southampton. Sin embargo, otras empresas están explorando cómo hacer que la tecnología de almacenamiento de datos sea mucho más resistente que nuestros métodos actuales.
Puedes invertir en empresas de almacenamiento de datos a través de muchos corredores, y puedes encontrar aquí, en securities.io, nuestras recomendaciones para los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, Reino Unido, así como muchos otros países.
Si no estás interesado en empresas de almacenamiento de datos solo, también puedes buscar ETF de tecnología como ProShares Nanotechnology ETF (TINY), Global X Cloud Computing ETF (CLOU), o Defiance Quantum ETF (QTUM) que proporcionarán una exposición más diversificada para capitalizar la importancia de los datos y la TI en la economía moderna.
Empresas de Almacenamiento de Datos
1. Twist Biosciences
(TWST )
La empresa se especializa en síntesis de ADN, aprovechando los métodos de miniaturización de la industria de los semiconductores, ahorrando tiempo y dinero para los investigadores.
También está trabajando en la creación de almacenamiento de datos basado en ADN que podría usarse para salvaguardar los datos de manera independiente de los sistemas electrónicos. Así que tal vez las tecnologías de almacenamiento de datos avanzadas podrían utilizar el ADN en sí, además de los cristales.
Esta miniaturización nos permite reducir los volúmenes de reacción en un factor de 1.000.000 mientras aumentamos la producción en un factor de 1.000, lo que permite la síntesis de 9.600 genes en una sola oblea de silicio a escala completa.
Fuente: Twist Biosciences
En enero de 2023, la empresa comenzó a enviar productos desde su segunda instalación de fabricación recientemente lanzada. La nueva fábrica debería duplicar las capacidades de producción de Twist.
Con su capacidad de síntesis de ADN y ARN avanzada, Twist podría convertirse rápidamente en un fabricante importante de aptámeros si el mercado de productos anti-coágulos crece.
Como un “productor neutral” centrado en proporcionar las mejores secuencias de ácidos nucleicos al mejor precio, podría ser un socio de fabricación de choice para cualquier empresa farmacéutica que busque comercializar ácidos nucleicos útiles, como almacenamiento de datos o aptámeros anti-coágulos.
2. Pure Storage
(PSTG )
Es completamente posible que un día dependamos del almacenamiento de datos en ADN o cristal 5D para salvaguardar los datos críticos. Pero hasta entonces, es probable que nuestra necesidad de almacenamiento de datos adicional se satisfaga a través de la solución de silicio habitual.
Pure Storage es un líder en el mercado de “Almacenamiento como Servicio” (STaaS). Está creciendo rápidamente (18% año tras año) con ya 12.500+ clientes globales (en comparación con 9.000+ en 2022), incluyendo Meta, Comcast, Domino’s Pizza y NASA.
Fuente: Pure Storage
Pure Storage también está apoyando muchos proyectos de IA desde SiriusXM, AutoNation, Health Genome Center 2030, Crater Labs, etc.
La ventaja clave de la empresa se basa en su tecnología FlashArray y FlashBlade, que supera el rendimiento en comparación con los discos duros, almacenando los datos en unidades de memoria flash.
Sus sistemas consumen 2-5 veces menos energía y espacio que los sistemas de disco duro existentes y son 10 veces más confiables.
Fuente: Pure Storage
Como el 1-2% del consumo de energía global proviene de los centros de datos, reducir el consumo de energía relacionado con el almacenamiento en un 80% puede tener un impacto masivo.
Pure Storage comenzó principalmente como un fabricante de hardware pero ha evolucionado lentamente hacia un proveedor de servicios en la nube con ofertas de soluciones completas.
Pure Storage probablemente se beneficiará en los próximos años del auge de la IA combinado con la necesidad de reducir el consumo de energía de la industria de TI, como se ilustra, por ejemplo, con el reciente acuerdo de Microsoft para reiniciar la planta nuclear de Three Mile Island.
