Nanotecnologia
Meios de Armazenamento Engenhosos – Como Cristais Podem Salvar a Humanidade
Evolução do Armazenamento de Dados
A gravação de dados foi crucial para o estabelecimento da civilização. De fato, a invenção de registros escritos definiu a separação entre os períodos pré-históricos e históricos. Desde as primeiras tábuas de argila cuneiforme e rolos de papiro até os livros medievais e a prensa de impressão, as melhorias nos métodos de escrita e tecnologia foram transformadoras para as sociedades humanas.
Hoje, registramos e manipulamos mais dados do que nunca. Mas, paradoxalmente, nossos meios de armazenamento se tornaram cada vez mais frágeis. Por exemplo, estamos cientes do disk rot, ou CD rot, que é a degradação da camada refletiva de um disco compacto (CD). É provável que a maioria desses dispositivos de armazenamento, incluindo arquivos de museus, se tornará ilegível após algumas décadas. O mesmo problema afeta outros métodos de armazenamento óptico, como DVDs e Blu-rays.
Da mesma forma, os discos rígidos podem ser muito sensíveis a ondas eletromagnéticas, então a maior parte dos dados do mundo poderia ser apagada por uma tempestade solar ou EMP suficientemente forte.
Então, no geral, em comparação com manuscritos escritos em velino, papiro ou argila, o conhecimento moderno durará apenas algumas décadas ou um século, ou está a um passo de distância da destruição total.
Felizmente, os pesquisadores estão explorando tecnologias para um armazenamento de dados muito mais durável. E, ironicamente, pode parecer muito com o tipo de cristal que vemos em naves espaciais em shows de ficção científica.
Fonte: RPF
Durabilidade dos Cristais
A maioria dos materiais degrada com o tempo, seja por meio de gravação avançada em waferes de silício ou papel/peles de animais. No entanto, o cristal mineral é um tipo de estrutura que permanece notavelmente estável por milênios, se não milhões de anos.
Isso ocorre porque os cristais são muito rigidamente organizados e estruturados no nível atômico. Isso significa que, para começar a quebrá-los, você precisa quebrá-los no nível atômico, em vez de apenas reduzir os vínculos entre fibras grandes ou a carga eletromagnética de um átomo de silício.
Fonte: Britannica
Isso torna os cristais extremamente resistentes a danos causados por calor, microorganismos ou eletromagnetismo.
São essas propriedades que fizeram o Prof. Peter Kazansky da Universidade de Southampton desenvolver o armazenamento de dados em cristal. Eles recentemente registraram toda a informação do genoma humano em um desses cristais.
Fonte: Universidade de Southampton
E, a longo prazo, pode se tornar uma forma de armazenar o total da soma do conhecimento humano por quase uma eternidade.
“A chave visual inscrita no cristal fornece ao encontrador o conhecimento do que os dados armazenados são e como podem ser usados.
Acima dos planos densos de dados contidos dentro, a chave mostra os elementos universais (hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio); as quatro bases da molécula de DNA (adenina, citosina, guanina e timina) com sua estrutura molecular; sua colocação na estrutura de hélice dupla do DNA; e como os genes se posicionam em um cromossomo, que pode ser inserido em uma célula.
Cristais 5D
A forma como eles fizeram isso foi aproveitando a natureza tridimensional dos cristais. Eles gravam os dados no cristal usando lasers ultra-rápidos para inscrever precisamente os dados em vazios nanoestruturados dentro de um cristal de sílica – com tamanhos de recurso tão pequenos quanto 20 nanômetros.
Fonte: ZME Science
Isso vai de encontro à maioria da gravação de dados atualmente usada, que grava dados principalmente em um plano 2D, seja em papel, fita magnética ou wafer de silício.
Em vez disso, eles gravam os dados em todas as profundidades do cristal (3D), bem como adicionam outra camada de densidade de dados, adicionando à dimensão espacial 3D duas dimensões ópticas.
Birefringência
Em teoria, o armazenamento de dados “simples” 3D usando a posição espacial do vazio nanoescópico no cristal poderia ser suficiente. No entanto, exigiria cristais muito maiores ou limitaria o volume de dados que podem ser mantidos por cristal.
Então, os pesquisadores também aproveitam um fenômeno chamado “birefringência”. Isso significa que o material redireciona a luz de forma diferente, dependendo da polarização da luz. Isso permite multiplicar a densidade de armazenamento de dados 8 vezes.
Ao gravar dados com óptica de focagem mais apertada e luz de comprimento de onda mais curto, é possível alcançar uma densificação espacial (3D) semelhante à dos discos Blu-Ray, envolvendo um tamanho de pista de menos de 200 nm.
Combinado com a quarta e quinta dimensões fornecidas pela birefringência, que permitem que um único poço armazene oito bits (um byte) de informação, em vez de um, seria possível alcançar uma capacidade sem precedentes de centenas de terabytes em um único disco de 12 cm de diâmetro.
Durabilidade Extrema
Não apenas isso seria tão denso de armazenamento de dados quanto os Blu-rays, mas também seria muito mais durável. O cristal usado é equivalente ao quartzo fundido, um dos materiais mais quimicamente e termicamente duráveis da Terra.
Ele pode suportar os extremos de congelamento, fogo e temperaturas de até 1000 °C. O cristal também pode suportar um impacto direto de até 10 toneladas por cm2 e é inalterado por exposição prolongada à radiação cósmica. Ele também é semelhantemente insensível a correntes elétricas intensas.
Aplicações
Arquivos Permanentes
Embora seja ultra-durável, esse tipo de sistema de armazenamento de dados não é regravável. Então, não devemos esperar que essa tecnologia faça parte de nossos computadores em breve.
Também é provável que não seja tão rápido ou fácil de ler quanto os discos ópticos, então é um meio ruim para dados que desejamos consultar frequentemente.
No entanto, é o formato de armazenamento perfeito para arquivos que desejamos preservar inalterados por um período de tempo ultra-longo. Então, isso poderia ser um grande sistema para armazenar muitos tipos de informações que não mudam com o tempo e são importantes o suficiente para valer a pena o esforço:
- Registros históricos e arqueológicos.
- Literatura, música e arte em geral.
- Conhecimento científico, desde a história da ciência até bancos de dados sobre matemática, química, física, biologia, etc.
- Dados financeiros, com tal armazenamento talvez até mais durável do que redes de blockchain descentralizadas.
- Programas de backup e outros dados centrais de sistemas de TI.
Seguro contra Catástrofe
Os dados do genoma humano recentemente registrados no cristal 5D serão armazenados nos arquivos da Memória da Humanidade. Isso é uma cápsula do tempo especial dentro de uma caverna de sal enterrada a 2 km de profundidade em Hallstatt, Áustria.
A geologia da montanha permitirá que o arquivo da Memória da Humanidade se feche completamente por um fenômeno natural: o sal “flui” com uma velocidade de 2 cm/ano em qualquer vazio. Isso protegerá o arquivo do maior perigo; o próprio homem.
Seu objetivo é o arquivamento da memória humana, desde testemunhos e histórias coletadas por indivíduos até a documentação de tecnologia, bem como, por exemplo, as localizações de repositórios de resíduos nucleares ou tóxicos.
Anteriormente, a Memória da Humanidade reliava em cerâmica de alta tecnologia para armazenar texto e imagens permanentemente com o objetivo de ser legível em 1 milhão de anos. Ele também conterá uma ferramenta de decifração muito extensa para explicar nossa linguagem.
Uma tabela de Microfilme de Cerâmica (20×20 cm) pode transportar até 5 milhões de caracteres, o que equivale a 5×400 páginas de livros. Um livro em Microfilme de Cerâmica requer 1/200 do volume em comparação com a versão impressa.
Dados Genéticos de Espécies Extintas
Alguns dados também nunca podem ser restaurados quando perdidos. Isso é verdade não apenas para realizações humanas, mas também para o mundo natural.
Por exemplo, os dados genéticos de espécies extintas ou ameaçadas de extinção poderiam (deveriam?) ser arquivados de uma forma tão duradoura.
Considerando a criação de uma bactéria sintética pela equipe do Dr. Craig Venter em 2010, e os esforços atuais para ressuscitar mamutes, não é difícil imaginar que, em algumas décadas ou séculos, esforços sejam feitos para recriar espécies extintas do zero.
Exploração Espacial Profunda
O Prof. Kazansky e sua equipe foram inspirados pelas placas da espaçonave Pioneer que foram lançadas pela NASA em uma trajetória para levá-las além dos limites do Sistema Solar.
Fonte: Space.com
O cristal 5D poderia ser usado de forma semelhante para transferir informações através das estrelas, com perda mínima de dados. Isso foi feito anteriormente, embora mais como um truque de marketing, como um cristal 5D contendo a trilogia de ficção científica “Fundação” de Asimov estava a bordo do Tesla Roadster enviado ao espaço em 2018.
Alguns pensadores imaginativos consideram que isso poderia ser uma forma para a humanidade explorar as estrelas, mesmo sem métodos de viagem rápida. Uma nave poderia ser enviada com os dados e máquinas necessárias para criar embriões humanos “do zero”, e dar à luz a novos colonos em estrelas distantes.
Investindo em Armazenamento de Dados
Os cristais 5D são, por agora, uma tecnologia muito nova, também sendo desenvolvida pela empresa privada 5D Memory Crystal / SPhotonics, spin-off da Universidade de Southampton. No entanto, outras empresas estão explorando como tornar a tecnologia de armazenamento de dados muito mais resiliente do que os nossos métodos atuais.
Você pode investir em empresas de armazenamento de dados por meio de muitos corretores, e pode encontrar aqui, no securities.io, nossas recomendações para os melhores corretores nos EU, Canadá, Austrália, Reino Unido, além de muitos outros países.
Se você não estiver interessado em empresas de armazenamento de dados apenas, também pode olhar para ETFs de tecnologia, como ProShares Nanotechnology ETF (TINY), Global X Cloud Computing ETF (CLOU), ou Defiance Quantum ETF (QTUM) que fornecerão uma exposição mais diversificada para capitalizar a importância dos dados e da TI na economia moderna.
Empresas de Armazenamento de Dados
1. Twist Biosciences
(TWST )
A empresa se especializa em síntese de DNA, aproveitando métodos de miniaturização da indústria de semicondutores, economizando tempo e dinheiro para os pesquisadores.
Também está trabalhando na criação de armazenamento de dados baseado em DNA que poderia ser usado para proteger dados independentemente de sistemas eletrônicos. Então, talvez tecnologias de armazenamento de dados avançadas possam usar o próprio DNA, além de cristais.
Essa miniaturização permite que reduzamos os volumes de reação em um fator de 1.000.000, enquanto aumentamos a produtividade em um fator de 1.000, permitindo a síntese de 9.600 genes em um único chip de silício em escala total.
Fonte: Twist Biosciences
Em janeiro de 2023, a empresa começou a enviar produtos de sua segunda instalação de manufatura recentemente lançada. A nova fábrica deve dobrar as capacidades de produção da Twist.
Com sua capacidade de síntese de DNA e RNA avançada, a Twist pode se tornar rapidamente um grande fabricante de aptâmeros, se o mercado para produtos anti-coagulantes crescer.
Como um “produtor neutro” focado em fornecer as melhores sequências de ácidos nucléicos ao melhor preço, pode ser um parceiro de fabricação de escolha para qualquer empresa farmacêutica que deseje comercializar ácidos nucléicos úteis, como armazenamento de dados ou aptâmeros anti-coagulantes.
2. Pure Storage
(PSTG )
É completamente possível que um dia dependamos do armazenamento de dados em DNA ou cristal para proteger dados críticos. Mas até então, é provável que nossa necessidade de armazenamento de dados extra seja atendida por meio da solução de silício usual.
A Pure Storage é uma líder no mercado de “Armazenamento como Serviço” (STaaS). Está crescendo rapidamente (18% ano a ano) com já 12.500+ clientes globais (contra 9.000+ em 2022), incluindo Meta, Comcast, Domino’s Pizza e NASA.
Fonte: Pure Storage
A Pure Storage também está apoiando muitos projetos de IA, desde SiriusXM, AutoNation, Health Genome Center 2030, Crater Labs, etc.
A vantagem chave da empresa é baseada em sua tecnologia FlashArray e FlashBlade, que supera os discos rígidos, armazenando os dados em unidades de memória flash.
Seus sistemas consomem 2-5x menos energia e espaço do que os sistemas de disco rígido existentes e são 10x mais confiáveis.
Fonte: Pure Storage
Como 1-2% do consumo de energia global vem de centros de dados, reduzir em 80% o consumo de energia relacionado ao armazenamento pode ter um impacto massivo.
A Pure Storage começou principalmente como um fabricante de hardware, mas evoluiu lentamente para um provedor de serviços de nuvem com ofertas de chave na mão.
A Pure Storage provavelmente se beneficiará nos próximos anos do aumento da IA combinada com a necessidade de reduzir o consumo de energia da indústria de TI, como ilustrado, por exemplo, com o recente acordo da Microsoft para reiniciar a usina nuclear de Three Mile Island.
