给纽扣,水杯注入 DNA:新技术让非生命体也能储存信息甚至自我繁衍

2019/12/27 12:11:09 来源:大数据文摘微信公众号 作者:Olivia、钱天培 责编:微尘

从纸张、磁带,到CD,硬盘……存储信息的载体日新月异。

如今,得益于一项最新科技成果,你的纽扣、水杯、甚至眼镜镜片也可以存储大量信息了!

来自苏黎世联邦理工学院的罗伯特⋅格拉斯(Robert Grass)教授与以色列科学家亚尼夫·埃利希(Yaniv Erlich)合作,发明了一种类似DNA的信息存储方式,可以将大量信息巧妙地隐藏在非生命物体中。

这项技术的一个最直接应用就是,我们可以将非生命体的制造信息存储在其中,并通过读取这一信息来完美复制原物体。

我们知道,有机生命将自己的“组装和操作说明”以DNA的形式存储,而非生命物体却没有这种形式。

任何人想要3D打印一个对象都需要一组代码指令。他们如果想要多年后再次打印同一对象,那么需要访问该对象的原始数字信息——非生命体本身不会存储这些打印指令。

不过,随着这项新技术的出现,非生命体也可以像有机生命体一样“繁衍”了。

用塑料中存储的DNA信息打印兔子

“通过这种方法,我们可以将3D打印指令集成到一个对象中。这样,在几十年甚至几个世纪后,我们就可以直接从对象本身获取这些指令,”罗伯特⋅格拉斯解释说。

过去几年的多项发展使得DNA数据存储成为可能。其中一项便是格拉斯的方法,该方法使用嵌入在微小玻璃珠中的DNA“条形码”来标记产品。这些纳米珠有多种用途,例如,作为地质测试的示踪剂或作为区分优质食品和假冒品的标记。这些条形码相对较短,只有100位二进制代码(100个位置,每个都是“0”或“1”)。一家名为Haelixa的衍生公司已将该技术商业化。

同时,在DNA中存储大量数据也已经成为可能。以色列的计算机科学家、也是格拉斯目前的合作伙伴亚尼夫·埃利希(Yaniv Erlich)开发了一种方法,该方法理论上可以在1克DNA中存储215000TB的数据。格拉斯本人能用DNA存储整张音乐专辑,相当于15MB的数据。

亚尼夫·埃利希(Yaniv Erlich)

现在,两位科学家已经将这些发明结合到一种新的数据存储形式中,他们称之为“DNA联(DNA of Things)”,它是物联网(Internet of Things)的进一步发展。

作为例子,研究人员通过塑料中添加的含有DNA的微小玻璃珠3D打印了一只兔子,其中打印指令的大小约100KB。格拉斯说:“我们的兔子和真的兔子一样,也有它自己的DNA。”

就像生物学里说的,这种新方法保留了几代人的信息——科学家们可以从兔子的一小部分中获取打印信息来打印一整只新的兔子。这个过程能够被重复五次,本质上他们创造了原始兔子的“曾曾曾孙”。

“所有其他已知的存储形式都具有固定的几何形状:硬盘驱动器必须看起来像硬盘驱动器,而CD必须像CD。你无法在不丢失信息的情况下改变它们的形状,”埃利希说,“DNA是目前唯一可以以液体形式存在的数据存储介质,它能够被存储入到任何形状的物体中。”

通过3D打印来隐藏数据

这项技术的进一步应用是将信息隐藏在日常物品中,技术专家将其称为“隐写术”。为了展示这种应用,技术专家们回顾了历史:在第二次世界大战期间,华沙犹太人区的稀少文件中有一个秘密档案。该档案当时被犹太历史学家和当地居民放在牛奶罐中而没有被希特勒的军队发现。今天,这个档案已被列入联合国教科文组织的《世界记忆名录》里。

研究人员将有关此档案的短片(大小约为1.4MB)存储在玻璃珠中,然后将其注入普通眼镜的镜片中。

埃利希说:“这样的一副眼镜,通过机场安检没有任何问题。这样,它所包含的信息就会从一个地方被传送到另一个地方。”从理论上讲,这些玻璃珠可以被隐藏在任何塑料物体中,只要制造这些塑料的过程中没有过高的温度产生。这样的塑料的材料包括环氧化物、聚酯、聚氨酯和硅树脂等。

可用在药物标记和建筑材料上

此外,该技术可用于标记药物或建筑材料,例如粘合剂或油漆。格拉斯解释说,有关质量的信息可以被直接存储在药物或物料本身。这意味着医学监管机构可以直接从产品中读取生产质量控制的测试结果;在建筑物中,进行装修的工人可以找到原始结构中使用了哪些制造商的哪些产品。

目前,该方法仍然相对昂贵。格拉斯说,转换塑料兔子的DNA中存储的3D打印文件的成本约为2000瑞士法郎(2024美元),而其中很大一部分用于合成相应的DNA分子。但是,对象的批量越大,单位成本就越低。

这项日益成熟的技术,想必会对信息存储甚至诸多衍生领域产生深远影响。

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关键词:3D打印数据

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