Bij het woord dataopslag denk je in de eerste plaats aan een computer, een USB-stick of een DVD. Wetenschappers van de ETH Zürich hebben samen met Israëlische collega’s een manier gevonden om informatie op willekeurig wat voor voorwerp op te slaan. Je kunt gegevens bijvoorbeeld opslaan op de knoopjes van je shirt, je waterfles, of op je bril. Jaren, en zelfs decennia later, kun je de gegevens weer uitlezen.
Volgens de wetenschappers dient DNA in het betreffende voorwerp als opslagmedium. Ook al hebben kunstmatige voorwerpen – in tegenstelling tot levende wezens – eigenlijk helemaal geen DNA. Een object dat volgens een bouwinstructie met een 3D-printer wordt geproduceerd, kan alleen weer op dezelfde manier worden geproduceerd als de oorspronkelijke digitale informatie nog beschikbaar is. Deze informatie wordt normaal gesproken niet in het object zelf opgeslagen.
De onderzoekers van ETH Zürich hebben nu echter een manier gevonden om gegevens op te slaan in het DNA van niet-levende materie. “Op deze manier kun je een 3D-printinstructie te integreren in het object zelf. Als je dat voorwerp wilt reproduceren, dan lees je de printinstructies van het object zelf af. Zelfs na tientallen jaren of eeuwen”, legt Robert Grass uit, hoogleraar aan de afdeling Scheikunde en Toegepaste Biowetenschappen. De informatie wordt opgeslagen in DNA-moleculen, net als bij levende organismen.
DNA in nanokogeltjes
In dit geval zijn dit kleine glaspareltjes met een DNA-“barcode”. Volgens de uitvinders kunnen deze nano-kogeltjes onder andere worden gebruikt als ‘tracers’ in geologisch onderzoek. Het kan tevens worden gebruikt voor het labelen van hoogwaardige voedingsmiddelen om deze te onderscheiden van namaakproducten. De barcode is relatief kort: 100 bits (100 posities “0” of “1”). De technologie wordt nu op de markt gebracht door de spin-off ‘Haelixa’ van de hogeschool uit Zurich. .
Grass’s collega Yaniv Erlich, een Israëlische computerwetenschapper, heeft ook een methode ontwikkeld die het theoretisch mogelijk maakt om 215.000 terabytes aan gegevens op te slaan in een enkele gram DNA. Grass zelf heeft een jaar geleden een heel muziekalbum – 15 megabyte aan data – in DNA opgeslagen. De twee wetenschappers hebben nu hun aanpak gecombineerd om een nieuwe vorm van gegevensopslag te creëren. Ze noemen dit het “DNA der dingen” , analoog aan het Internet der Dingen (Internet of things, IoT). Op deze manier kunnen fysieke en virtuele objecten gekoppeld in een netwerk, met elkaar samenwerken.
Complete reproductie met slechts een fractie van het origineel
Zo maakten de onderzoekers met een 3D-printer een plastic konijn. In het materiaal zijn minuscule glasbolletjes opgenomen, waarin de bouwinstructies voor dit geprinte konijn staan. Die gegevens blijven bewaard zolang er maar een stukje van dat materiaal blijft bestaan. Zelfs generaties lang. Om dat te bewijzen hebben de wetenschappers de printinformatie uit een klein deel van het konijn gehaald en op die manier vijf keer een nieuw konijn geprint dat een exacte kopie is van dat ‘oerkonijn’.
Alle andere bekende manieren van dataopslag hebben een onveranderlijke geometrie. Je kunt de vorm niet veranderen zonder informatie kwijt te raken, zegt Erlich. “DNA is momenteel de enige vorm van gegevensopslag, die ook in vloeibaar kan zijn. Dit stelt ons in staat om het te integreren in objecten van welke vorm dan ook.”
Informatie verstoppen in alledaagse voorwerpen
Een ander voordeel van de nieuwe technologie is dat informatie kan worden verborgen in alledaagse objecten, benadrukken de onderzoekers. Als voorbeeld van deze manier van heimelijke dataopslag –steganografie– noemen ze het geheime archief van het getto van Warschau. Daar werden documenten over het leven in het getto in melkbussen verstopt om ze te verbergen voor de troepen van Hitler.
Met behulp van glaspareltechnologie hebben de wetenschappers een korte film over dit archief opgeslagen in een onopvallend brillenglas. “Met zo’n bril is het mogelijk zijn om zonder problemen door de veiligheidscontrole op een luchthaven te komen en zo informatie ongemerkt van de ene plaats naar de andere te vervoeren”, zegt Erlich. In principe kunnen de glasparels verborgen worden in alle plastic voorwerpen die tijdens de productie niet al te veel verhit hoeven te worden, zoals epoxy’s, polyesters, polyurethanen en siliconen.
De technologie luidt niet alleen een nieuw tijdperk in voor spionnen. Je kunt het ook gebruiken om medicijnen of bouwmaterialen zoals lijmen of verf te labelen. De informatie over hun kwaliteit kan direct worden opgeslagen in het medicijn of het bouwmateriaal zelf, zegt Grass. Zo zouden de geneesmiddelenautoriteiten de meetresultaten van de kwaliteitscontrole van de productie rechtstreeks uit het product kunnen aflezen. In het geval van gebouwen is het dan mogelijk om te zien welke producten bij een renovatie zijn gebruikt.
Voordat de methode echter op grote schaal kan worden toegepast, moet het nog veel goedkoper worden. Volgens Grass kost het vertalen van een 3D-printbestand zoals dat van de konijntjes naar DNA-informatieruim 1800 euro).
Titelfoto: Een 3D-printer drukt een plastic konijntje. Het plastic bevat DNA-moleculen waarin de drukinstructies zijn gecodeerd. (Foto: ETH Zürich / Julian Koch)
Het artikel over de nieuwe manier van dataopslag verscheen in het vakblad Nature Biotechnology.
Lees ook dit IO-artikel over DNA-gebaseerde dataopslag.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
