L’encodage des données sur les molécules de plastique pourrait conduire à des percées dans la technologie de stockage
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Les mots «si un plan du bonheur échoue, la nature humaine se transforme en un autre» ont été initialement publiés en 1814 dans le Mansfield Park de Jane Austen. À l’époque, les mots étaient imprimés à l’aide d’imprimantes révolutionnaires à vapeur capables de rouler sur plus de mille feuilles de papier par heure.
Depuis le début des années 2000, il est possible de lire tous Œuvres de Jane Austen en ligne, y compris Mansfield Park. Mais à partir de cette année, la liste des endroits où ses mots sont publiés a eu un ajout bizarre.
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Dans une nouvelle étude, une équipe de l’Université du Texas à Austin a encodé une citation de Mansfield Park sur une minuscule molécule de plastique. Les chercheurs espèrent que l’étude aidera à prouver la viabilité d’un nouveau type de technologie de stockage des données.
L’archivage a toujours été un problème. Même les copies les plus soigneusement conservées et protégées du tirage original de Mansfield Park montrent leur âge, l’encre se décolore et le papier se plisse.
Nous produisons plus de données que jamais. Estimations actuelles mettez-le à 1,145 billion de mégaoctets de données par jour – si quelqu’un essayait de tout télécharger en utilisant les vitesses Internet actuelles, cela prendrait près de deux milliards d’années.
Mais les vastes centres de données que nous utilisons actuellement pour stocker des données – en grande partie à l’aide de bandes magnétiques – ne sont pas à la hauteur. Même s’il y a une évolution constante du matériel et des logiciels, les exigences pour des puissances de traitement plus rapides et composants plus petits signifie que le manque de stockage efficace crée un goulot d’étranglement et que le système actuel ne peut pas répondre à la demande.
La recherche est en cours pour des alternatives plus petites, plus stables et plus efficaces aux disques durs numériques. L’intérêt de recherche récent est tombé sur Stockage de données ADN – l’idée que nous pourrions utiliser les éléments constitutifs de la vie, la nature du système a passé des millions d’années à évoluer pour coder le modèle de notre espèce, comme moyen de stocker et de lire notre propre histoire et nos connaissances. Lorsqu’un schéma technologique échoue, la nature humaine se tourne vers un autre.
En tant que molécule, l’ADN dure longtemps – 500 000 ans s’il est stocké correctement – dépassant de loin la durée de vie potentielle du papier et de l’encre de plusieurs magnitudes. Mais il doit être conservé stérile et doit être manipulé avec soin. Cela peut rendre le stockage d’informations à l’aide de l’ADN coûteux.
Mais il existe une autre classe de matériaux connus pour durer encore plus longtemps que l’ADN. Ces produits synthétiques découverts il y a un siècle ont une stabilité, une facilité de fabrication et un potentiel de stockage qui dépassent de loin l’ADN. Ces plastiques, ou plus précisément les polymères, sont des molécules à longue chaîne qui peuvent être décrites le plus facilement comme contenant plusieurs unités répétitives – chacune étant appelée monomère.
Les chercheurs calculent que les quatre paires de bases – des paires de blocs de construction d’ADN – peuvent stocker 10¹⁹ bits d’informations par mètre cube. Mais lorsque nous utilisons des polymères, nous avons le choix entre plus de quatre éléments de base. En fait, il existe autant de choix de monomères que vous pouvez en trouver dans le commerce, il est donc possible d’augmenter la densité d’informations de manière exponentielle.
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Pour leurs monomères, ou blocs de construction, l’équipe du Texas a utilisé seize alcools aminés différents. En les assemblant, ils ont créé dix-huit molécules plus longues, appelées oligomères, chacune composée de monomères individuels. Dans les molécules plus longues, les combinaisons de monomères correspondaient à des lettres spécifiques, les monomères moins chers correspondant aux lettres les plus couramment utilisées.
Une fois relues, les molécules révèlent la citation de Jane Austen de Mansfield Park.
si un schéma de bonheur échoue, la nature humaine se tourne vers un autre; si le premier calcul est faux, on en fait un second meilleur: on trouve du réconfort quelque part.
Les chercheurs ont choisi le passage parce qu’ils l’ont trouvé «édifiant en ces temps difficiles, et il est facilement compris sans le contexte du livre».
L’équipe a certainement constaté que «si le premier calcul est faux, nous en faisons un deuxième meilleur». Leur premier expert indépendant à valider leur méthode n’a pu récupérer que 98,7% des données. Avec quelques modifications du processus de lecture, ils ont pu retourner le déchiffrement complet de toutes les 158 séquences de monomères sans erreur.
Stockage de données en plastique
Les plastiques ne sont peut-être pas le choix le plus évident pour le stockage de données, mais après considération, ils sont un matériau extrêmement approprié à utiliser.
Depuis que nous avons commencé à fabriquer en masse des plastiques, nous nous sommes traditionnellement attachés à utiliser un seul type de monomère par produit ou de simples combinaisons d’un ou deux monomères. Celles-ci en sont venues à dominer nos modes de vie.
Les plastiques sont stables dans des conditions environnementales normales. Bien que dans de nombreux cas, cela soit un inconvénient, comme lorsqu’ils se frayent un chemin dans l’environnement, dans certains cas, cela remplit des fonctions extrêmement utiles.
Au cours des 50 dernières années, les chercheurs ont fait des progrès remarquables en réduisant la dispersion (la variation moléculaire – généralement en masse ou en forme) des polymères synthétiques et en améliorant notre capacité à contrôler la distribution des séquences des monomères.
La nouvelle étude du Texas a montré qu’en sortant des limites de l’ADN, vous pouvez coder des informations plus complexes dans une longueur de chaîne beaucoup plus petite, en raison du choix accru de monomères disponibles.
L’utilisation future dépendra probablement de la disponibilité commerciale des monomères, tels que les alcools aminés qui peuvent être facilement accessibles à partir de sources renouvelables. Mais le potentiel est vaste. Le codage des polymères à chaîne courte n’est pas très éloigné du codage de l’ADN, et le processus de lecture des séquences est similaire dans les deux.
L’équipe au Texas prévoit d’examiner les goulots d’étranglement concernant l’évolutivité de cette méthode, en interrogeant la vitesse et l’efficacité des processus d’écriture et de lecture.
Bien que le texte papier original de Mansfield Park disparaisse inévitablement dans les siècles à venir, un petit fragment de celui-ci a été conservé sur un polymère pendant peut-être des siècles à venir – tant que nous disposons de l’équipement pour le décoder. Comme le dit le dernier fragment de la citation, «nous trouvons du réconfort quelque part».
Cet article de Thomas Swift, Maître de conférences en chimie des polymères, Université de Bradford, est republié à partir de La conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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