Πέρα από την Ψηφιακή Σκοτεινή Εποχή: Πώς η Αποθήκευση σε Γυαλί 5D θα μπορούσε να διαφυλάξει την Ανθρωπότητα για Πάντα

Στο υπόγειο του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον, ένας μικρός δίσκος από γυαλί χαλαζία βρίσκεται κάτω από ένα μικροσκόπιο. Δεν είναι μεγαλύτερος από ένα νόμισμα, κι όμως έχει τη δυνατότητα να επιβιώσει περισσότερο από τον ίδιο τον πλανήτη στον οποίο δημιουργήθηκε. Ενώ ο σημερινός ψηφιακός μας κόσμος βασίζεται σε σκληρούς δίσκους που αποτυγχάνουν μέσα σε μια δεκαετία και μαγνητικές ταινίες που αποσυντίθενται σε τριάντα χρόνια, οι επιστήμονες τελειοποίησαν μια μέθοδο «5D» οπτικής αποθήκευσης δεδομένων που μπορεί να παραμείνει σταθερή για δισεκατομμύρια χρόνια.

Αυτή η τεχνολογία αντιπροσωπεύει μια κομβική αλλαγή στον τρόπο που βλέπουμε τις πληροφορίες. Ζούμε αυτή τη στιγμή σε αυτό που οι ιστορικοί αποκαλούν «Ψηφιακή Σκοτεινή Εποχή»—μια περίοδο όπου ο τεράστιος όγκος δεδομένων που παράγουμε συνοδεύεται μόνο από την ευθραυστότητα των μέσων που χρησιμοποιούμε για την αποθήκευσή τους. Από την απώλεια των πρώτων φόρουμ του διαδικτύου έως την υποβάθμιση των οικογενειακών φωτογραφιών που είναι αποθηκευμένες σε φθηνά DVD, η συλλογική μας μνήμη εξασθενεί. Το γυαλί χαραγμένο με λέιζερ προσφέρει μια μόνιμη λύση.

Η Επιστήμη των Πέντε Διαστάσεων

Για να καταλάβουμε πώς το γυαλί μπορεί να αποθηκεύσει 360 terabytes δεδομένων, πρέπει να κοιτάξουμε πέρα από τις τρεις διαστάσεις του φυσικού χώρου. Οι τυπικοί οπτικοί δίσκοι, όπως τα CD ή τα Blu-ray, αποθηκεύουν δεδομένα στην επιφάνεια. Εάν η επιφάνεια γρατσουνιστεί, τα δεδομένα χάνονται. Η αποθήκευση 5D, ωστόσο, χρησιμοποιεί ένα λέιζερ femtosecond για να δημιουργήσει νανοδομές στο εσωτερικό του γυαλιού πυριτίου.

Αυτές οι δομές ορίζονται από πέντε διακριτές μεταβλητές: την τρισδιάστατη θέση μέσα στο γυαλί (X, Y και Z) συν δύο πρόσθετες οπτικές διαστάσεις—το μέγεθος και τον προσανατολισμό της νανοδομής. Όταν το φως περνά μέσα από το γυαλί, αυτές οι νανοδομές αλλάζουν την πόλωση του φωτός. Ένας εξειδικευμένος αναγνώστης αποκωδικοποιεί αυτές τις αλλαγές ξανά σε δυαδικά δεδομένα.

Σκεφτείτε το σαν ένα παραδοσιακό βιβλίο όπου η πληροφορία δεν βρίσκεται μόνο στις λέξεις, αλλά και στο πάχος του χαρτιού και στη γωνία με την οποία στέγνωσε το μελάνι. Αυτή η πυκνότητα επιτρέπει τη συσκευασία εκπληκτικών ποσοτήτων πληροφοριών σε έναν χώρο μεγέθους ενός γραμματοσήμου.

Κατασκευασμένο για να Επιβιώσει των Πολιτισμών

Αυτό που πραγματικά ξεχωρίζει τους κρυστάλλους μνήμης 5D είναι η τεράστια ανθεκτικότητά τους. Τα περισσότερα μέσα αποθήκευσης είναι ευάλωτα στη θερμότητα, την υγρασία και τα μαγνητικά πεδία. Ένας σκληρός δίσκος είναι ένα μηχανικά ευαίσθητο εξάρτημα και ένας SSD βασίζεται σε ηλεκτρικά φορτία που τελικά διαρρέουν. Το γυαλί πυριτίου, αντίθετα, είναι ένα από τα πιο χημικά και θερμικά σταθερά υλικά στη Γη.

Οι δοκιμές έδειξαν ότι αυτοί οι γυάλινοι δίσκοι μπορούν να αντέξουν θερμοκρασίες έως και 1.000°C χωρίς απώλεια δεδομένων. Σε θερμοκρασία δωματίου, τα δεδομένα εκτιμάται ότι παραμένουν αναγνώσιμα για 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια—περίπου την τρέχουσα ηλικία του σύμπαντος. Αυτό καθιστά την τεχνολογία την απόλυτη «χρονοκάψουλα» για την ανθρώπινη γνώση.

Σύγκριση των Γενεών Αποθήκευσης

Για να δούμε πού ταιριάζει το γυαλί 5D στο τρέχον τοπίο, πρέπει να το συγκρίνουμε με τα βιομηχανικά πρότυπα για αρχειακή και καταναλωτική χρήση.

Από το Ερευνητικό Εργαστήριο στο Project Silica

Ενώ το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον πρωτοστάτησε στην ιδέα του «κρυστάλλου μνήμης», τεχνολογικοί γίγαντες όπως η Microsoft πήραν τη σκυτάλη με το «Project Silica». Στόχος της Microsoft είναι να επανεξετάσει το cloud από την αρχή. Στα σημερινά κέντρα δεδομένων, τα «ψυχρά» δεδομένα—πληροφορίες που σπάνια προσπελαύνονται αλλά πρέπει να διατηρηθούν—απαιτούν τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για ψύξη και συνεχή «καθαρισμό» για να διασφαλιστεί ότι οι δίσκοι δεν έχουν αποτύχει.

Μεταφέροντας τα αρχειακά δεδομένα στο γυαλί, οι εταιρείες θα μπορούσαν να εξαλείψουν την ανάγκη για ενεργοβόρο έλεγχο του κλίματος. Μόλις τα δεδομένα εγγραφούν στο γυαλί, απαιτούν μηδενική ισχύ για να διατηρηθούν. Μπορούν να μείνουν σε ένα ράφι σε μια τυπική αποθήκη για αιώνες, περιμένοντας ένα λέιζερ να τα διαβάσει ξανά.

Τα Πρακτικά Εμπόδια: Γιατί δεν είναι ακόμα στο Laptop σας

Παρά την υπόσχεσή της, δεν θα αντικαταστήσετε το στικάκι σας με έναν κρύσταλλο γυαλιού φέτος. Η τεχνολογία αντιμετωπίζει επί του παρόντος δύο μεγάλα εμπόδια: το κόστος και την ταχύτητα εγγραφής. Η εγγραφή δεδομένων με λέιζερ femtosecond είναι μια αργή, επίπονη διαδικασία που απαιτεί ακριβό εργαστηριακό εξοπλισμό υψηλής ακρίβειας. Ενώ η ανάγνωση των δεδομένων είναι σχετικά απλή χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο και έναν πολωτή, η εγγραφή παραμένει ένα σημείο συμφόρησης.

Επιπλέον, το γυαλί 5D είναι ένα μέσο «Εγγραφής Μία Φορά, Ανάγνωσης Πολλές» (WORM). Δεν μπορείτε να διαγράψετε και να ξαναγράψετε ένα τμήμα του γυαλιού μόλις σχηματιστούν οι νανοδομές. Αυτό το καθιστά ιδανικό για το Ανθρώπινο Γονιδίωμα, τη Magna Carta ή τα μόνιμα ιατρικά σας αρχεία, αλλά άχρηστο για ένα λειτουργικό σύστημα ή έναν προσωρινό φάκελο λήψεων.

Τι σημαίνει αυτό για το Μέλλον

Καθώς προχωράμε περισσότερο στον 21ο αιώνα, η διατήρηση της ψηφιακής μας κληρονομιάς γίνεται ζήτημα πολιτιστικής επιβίωσης. Αυτή τη στιγμή κινδυνεύουμε να αφήσουμε πίσω μας λιγότερα φυσικά στοιχεία της ύπαρξής μας από ό,τι οι αρχαίοι Αιγύπτιοι με τα πέτρινα γλυπτά τους. Η αποθήκευση σε γυαλί 5D αλλάζει αυτή την εξίσωση.

Για οργανισμούς και άτομα που κοιτάζουν προς το μέλλον, ορίστε τι πρέπει να προσέξετε:

• Υιοθέτηση από Ιδρύματα: Αναμένετε από τις εθνικές βιβλιοθήκες και τα μουσεία να είναι οι πρώτοι που θα υιοθετήσουν την αποθήκευση σε γυαλί για τα «χρυσά αντίγραφα» των ιστορικών αρχείων.
• Το Τέλος της Μετανάστευσης Δεδομένων: Επί του παρόντος, τα τμήματα IT πρέπει να μεταφέρουν δεδομένα σε νέες ταινίες κάθε δεκαετία. Η αποθήκευση σε γυαλί υπόσχεται μια ροή εργασίας «αρχειοθέτησης και λήθης».
• Εξερεύνηση του Διαστήματος: Επειδή το γυαλί είναι ανθεκτικό στην έντονη ακτινοβολία του διαστήματος, είναι το ιδανικό μέσο για την αποστολή του συνόλου της ανθρώπινης γνώσης σε διαστρικές αποστολές μεγάλης διάρκειας.

Επιτέλους απομακρυνόμαστε από την εποχή της «προσωρινής» τεχνολογίας. Για πρώτη φορά στην ιστορία, έχουμε έναν τρόπο να διασφαλίσουμε ότι οι ιστορίες, οι ανακαλύψεις και τα δεδομένα του σήμερα θα είναι διαθέσιμα σε όποιον—ή ό,τι—κατοικεί στη Γη εκατομμύρια χρόνια από τώρα.

Πηγές

• University of Southampton: Optoelectronics Research Centre (ORC) official reports.
• Microsoft Research: Project Silica development logs.
• International Journal of Applied Glass Science: Studies on thermal stability of nanostructured silica.