Селфи будут записывать в ДНК
ДНК содержит всю информацию, необходимую организмам для жизни, роста и размножения. И она может хранить эти данные очень долго. В 2022 году ученые обнаружили ДНК во льдах Гренландии возрастом два миллиона лет.
Сегодня благодаря прогрессу в секвенировании и синтезе ДНК ученые могут читать и записывать этот «код жизни». Цепочки ДНК кодируют генетическую информацию с помощью последовательностей четырех нуклеотидов: аденина (A), тимина (T), цитозина (C) и гуанина (G).
Первый шаг для записи данных в ДНК— преобразование бинарного формата (0, 1) в последовательности нуклеотидов A, T, C, G. Затем их соединяют в цепочки ДНК и хранят в подходящих условиях. Когда приходит время прочитать данные, процесс повторяют в обратном порядке.
JPEG DNA — стандарт нового поколения
Этот подход обладает огромным потенциалом для долгосрочного архивирования, но есть и препятствия. Одно из них — высокая стоимость, другое — большое время, необходимое для сохранения и воспроизведения данных. Однако и преимущества велики: высокая плотность записи, долгий срок службы и низкое энергопотребление.
С 2014 года Эбрахими возглавляет Объединенную группу экспертов по фотографии JPEG (Joint Photographic Experts Group) и прилагает значительные усилия, чтобы идти в ногу со временем. Стандарт JPEG DNA — его последний масштабный проект.
«Это настоящий вызов — точно воссоздать изображения после их кодирования, синтеза, хранения, амплификации и секвенирования. Но с общепринятым стандартом инженеры смогут разрабатывать эффективные методы кодирования и сжатия изображений», — уверен профессор.
Его исследовательская группа разработала процедуру кодирования для оценки различных методов хранения на основе ДНК. Она включает набор эталонных изображений для тестирования, критерии сравнения методов, механизмы коррекции ошибок и техники работы с биохимическими ограничениями, такими как частота и порядок символов ДНК, которые могут дестабилизировать цепочки.
Кодирование для ДНК
Для работы с особенно большими мультимедийными файлами подготовлен новый алгоритм сжатия изображений, эффективно преобразующий бинарные данные в последовательности ДНК. Фото в формате .jpg не требуют предварительного декодирования. Их алгоритм не только быстр и надежен, но и требует меньше синтетической ДНК, вычислительных ресурсов и обеспечивает лучшее визуальное качество.
Инженеры EPFL совместно с комитетом JPEG интегрировали в стандарт JPEG DNA как исходный код (для сжатия изображений), так и кодирование для зашумленных каналов (чтобы сделать программу устойчивее к ошибкам и адаптировать ее к биохимическим ограничениям ДНК).
«Благодаря последним достижениям в области искусственного интеллекта и машинного обучения мы сможем усовершенствовать стандарт JPEG DNA, улучшив механизмы кодирования и коррекции ошибок, сохранив их совместимость с синтаксисом стандарта и процедурой декодирования», — заключил исследователь.
Комитет JPEG планирует представить международный стандарт JPEG DNA в 2026 году, он уже экспонируется в швейцарском павильоне на Всемирной выставке в Осаке.
Китай построил первый в мире ДНК-принтер для хранения данных
Лед оценили в качестве накопителя данных
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram