Một nghiên cứu dẫn đầu bởi đại học Brown đã chứng minh khả năng lưu trữ và truy xuất dữ liệu số lưu trên phức hợp chất chuyển hóa nhân tạo (metabolome) - một chất lỏng hỗn hợp gồm đường, axit amin (amino acids) và nhiều loại phân tử nhỏ khác. Họ đã có thể lưu và giải mã thành công các file ảnh dung lượng vài KB, dù nhỏ nhưng đây là một phát hiện rất đáng chú ý song song với những nỗ lực của giới khoa học nhằm khai thác tiềm năng lưu trữ của DNA.
Jacob Rosenstein - giáo sư tại trường kỹ thuật thuộc đại học Brown cho hay: "Ý tưởng đã được chứng minh và chúng tôi hy vọng sẽ khiến mọi người nghĩ đến việc sử dụng nhiều loại phân tử để lưu trữ thông tin. Trong một số trường hợp thì các phân tử nhỏ như chúng tôi sử dụng ở đây có thể đạt mật độ lưu trữ thông tin lớn hơn DNA."
Rosenstein cho biết ưu điểm của phức hợp chất chuyển hóa là trên thực tế nhiều chất chuyển hóa (metabolite) có thể phản ứng với nhau để tạo thành các hợp chất mới. Như vậy tiềm năng các hệ thống phân tử không chỉ có thể lưu trữ dữ liệu mà còn có thể điều khiển dữ liệu, thực hiện các phép tính bên trong hỗn hợp chất chuyển hóa.
Ý tưởng đằng sau điện toán phân tử bắt nguồn từ nhu cầu tăng dung lượng lưu trữ dữ liệu. Vào năm 2040 thì thế giới sẽ tạo ra đến 3 septillion (3 x10^24) bit dữ liệu theo nhiều dự đoán. Việc lưu trữ, tìm kiếm và xử lý lượng dữ liệu khổng lồ này là một thách thức cực lớn và thực tế Trái Đất sẽ không có đủ silicon đạt chuẩn làm bán dẫn, từ đó ngành công nghiệp bán dẫn sẽ không đủ vật liệu để sản xuất bộ nhớ. Với sự hỗ trợ và gây quỹ của Cơ quan các dự án phòng thủ tối tân Hoa Kỳ (DARPA), nhóm các kỹ sư và nhà hóa học tại đại học Brown đã tìm kiếm các kỹ thuật để sử dụng các phân tử nhỏ tạo ra các hệ thống lưu trữ thông tin lớn.
Đối với nghiên cứu trên, nhóm nghiên cứu muốn thử nghiệm khả năng sử dụng phức hợp chất chuyển hóa nhân tạo để lưu trữ dữ liệu. Trong sinh học thì phức hợp chất chuyển hóa là một tập hợp đầy đủ các phân tử mà một sinh vật sử dụng để điều chỉnh sự trao đổi chất.
Jacob Rosenstein - giáo sư tại trường kỹ thuật thuộc đại học Brown cho hay: "Ý tưởng đã được chứng minh và chúng tôi hy vọng sẽ khiến mọi người nghĩ đến việc sử dụng nhiều loại phân tử để lưu trữ thông tin. Trong một số trường hợp thì các phân tử nhỏ như chúng tôi sử dụng ở đây có thể đạt mật độ lưu trữ thông tin lớn hơn DNA."
Rosenstein cho biết ưu điểm của phức hợp chất chuyển hóa là trên thực tế nhiều chất chuyển hóa (metabolite) có thể phản ứng với nhau để tạo thành các hợp chất mới. Như vậy tiềm năng các hệ thống phân tử không chỉ có thể lưu trữ dữ liệu mà còn có thể điều khiển dữ liệu, thực hiện các phép tính bên trong hỗn hợp chất chuyển hóa.
Ý tưởng đằng sau điện toán phân tử bắt nguồn từ nhu cầu tăng dung lượng lưu trữ dữ liệu. Vào năm 2040 thì thế giới sẽ tạo ra đến 3 septillion (3 x10^24) bit dữ liệu theo nhiều dự đoán. Việc lưu trữ, tìm kiếm và xử lý lượng dữ liệu khổng lồ này là một thách thức cực lớn và thực tế Trái Đất sẽ không có đủ silicon đạt chuẩn làm bán dẫn, từ đó ngành công nghiệp bán dẫn sẽ không đủ vật liệu để sản xuất bộ nhớ. Với sự hỗ trợ và gây quỹ của Cơ quan các dự án phòng thủ tối tân Hoa Kỳ (DARPA), nhóm các kỹ sư và nhà hóa học tại đại học Brown đã tìm kiếm các kỹ thuật để sử dụng các phân tử nhỏ tạo ra các hệ thống lưu trữ thông tin lớn.
Đối với nghiên cứu trên, nhóm nghiên cứu muốn thử nghiệm khả năng sử dụng phức hợp chất chuyển hóa nhân tạo để lưu trữ dữ liệu. Trong sinh học thì phức hợp chất chuyển hóa là một tập hợp đầy đủ các phân tử mà một sinh vật sử dụng để điều chỉnh sự trao đổi chất.
Eamonn Kennedy - một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Brown và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: "Không khó để nhận ra rằng các tế bào và sinh vật sử dụng các phân tử nhỏ để truyền thông tin nhưng không dễ để khái quát hóa và định lượng. Chúng tôi muốn chứng minh làm cách nào mà một phức hợp chất chuyển hóa có thể mã hóa chính xác thông tin kỹ thuật số."
Và rồi họ tự tạo ra các phức hợp chất chuyển hóa nhân tạo dưới dạng các hỗn hợp chất lỏng được kết hợp bởi nhiều phân tử khác nhau. Sự hiện diện hay vắng mặt của một chất chuyển hóa cụ thể trong một hỗn hợp sẽ mã hóa một bit dữ liệu, tương ứng với giá trị 1 hoặc 0. Trong khi đó, số lượng các phân tử trong một hệ thống chuyển hóa nhân tạo sẽ xác định số lượng bit dữ liệu có thể lưu trữ. Nhóm nghiên cứu tạo ra các phức hợp gồm 6 và 12 chất chuyển hóa tương ứng với khả năng mã hóa 6 hay 12 bit. Một cánh tay robot được sử dụng để sắp xếp chính xác hàng ngàn hỗn hợp như vậy trên các đĩa kim loại nhỏ, mỗi đĩa chứ một giọt cỡ nanolit để có thể mã hóa dữ liệu mong muốn.
Các đĩa này sau đó được làm khô, để lại các chấm siêu nhỏ phân tử chất chuyển hóa và mỗi chấm chứa thông tin kỹ thuật số. Một chiếc máy đo phổ khối được dùng để xác định các chất chuyển hóa có mặt tại mỗi chấm phân tử trên đĩa, từ đó giải mã dữ liệu.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật này để mã hóa thành công và lấy ra nhiều tập tin hình ảnh có kích thước đến 2 KB. Họ cho biết dung lượng tập tin này không lớn đối với các hệ thống lưu trữ dữ liệu hiện đại nhưng nó đã chứng minh ý tưởng và tiềm năng có thể nhân rộng. Số lượng các bit trong một hỗn hợp sẽ tỉ lệ thuận với số lượng chất chuyển hóa trong một hỗn hợp chuyển hóa nhân tạo và hiện tại có hàng ngàn chất chuyển hóa có thể dùng được.
Tuy nhiên theo các nhà nghiên cứu thì vẫn có một vài hạn chế, chẳng hạn như nhiều chất chuyển hóa sẽ tương tác hóa học với nhau khi đặt trong cùng một dung dịch và điều này sẽ khiến dữ liệu bị lỗi hay mất dữ liệu. Thế nhưng hạn chế này sau cùng có thể trở thành một tính năng bởi các nhà nghiên cứu cho rằng có thể khai thác phản ứng hóa học để điều khiển dữ liệu hay xử lý tính toán.
Giáo sư Rosenstein nói: "Nghiên cứu trên sẽ thách thức những gì chúng ta nghĩ về tính khả thi của các hệ thống lưu trữ dữ liệu bằng phân tử. DNA không chỉ là phân tử duy nhất có thể được dùng để lưu và xử lý thông tin. Thật thú vị khi nhận ra còn rất nhiều khả năng khác sở hữu tiềm năng ngoài kia."
Theo: Phys.org
