¿Qué es el Almacenamiento de datos usando bacterias?

En el Centro para la Electrónica Molecular del Instituto W. M. Keck se ha implementado un subsistema de memoria prototipo que usa moléculas para almacenar bits.

La molécula en cuestión es la llamada bacteriorodopsina. Los científicos la seleccionaron por la secuencia de cambios estructurales que lleva a cabo cuando reacciona a la luz (a esto se lo llama fotociclo). Y que la convierte en un medio ideal para el almacenamiento de información, haciéndola funcionar como un circuito biestable (los famosos cero y uno, prendido y apagado).

La molécula permanece inicialmente en un estado de descanso, conocido como bR. A través de diferentes láseres se la hace atravesar por una serie de estados intermedios hasta llegar a un situación estable (estado Q). La molécula permanece así hasta que es irradiada con láser azul, punto en el cual retorna al estado bR. Tanto el estado bR como el Q representan un 0 o 1 binario, respectivamente. Se estima que la información grabada sobre un dispositivo así sería estable por aproximadamente 5 años.

Otra característica importante de la bacteriorodopsina es que los dos estados tienen un espectro de absorción ampliamente diferente. Esto hace fácil determinar el estado de cero o uno de la molécula usando un láser sintonizado en la frecuencia apropiada.

El Centro para la Electrónica Molecular ya ha construido un sistema de memoria prototipo en donde la bacteriorodopsina almacena información en una matriz de tres dimensiones, que se construye poniendo la proteína en una cubeta transparente llena con un gel que le da consistencia. Una batería de láseres rodean la cubeta, y son usados para escribir y leer información. Los láseres cortan al cubo en planos o páginas, en donde cada una guarda un conjunto de 4096 por 4096 bits.

Para leer los datos se utiliza un sistema similar, con láseres rojos de menor intensidad. Las moléculas que representan los ceros binarios absorben la luz roja, mientras que aquellas que están en el estado binario 1 dejan pasar el rayo a través de ellas. Esto crea un patrón de puntos de luz y oscuridad sobre un dispositivo “pantalla”, que captura la imagen como una página de información binaria. Para borrar los datos, un pequeño pulso desde un láser azul regresa las moléculas al estado de reposo.

El almacenamiento molecular acopió tanto interés que tres misiones Space Shuttle de la NASA exploraron métodos para mejorar la manufactura de los cubos de datos usando microgravedad.

El material resultante era más homogéneo y proveía una densidad de almacenamiento mayor. Todavía queda por verse, sin embargo, si el uso de la microgravedad conviene en cuanto a los costos para justificar una mejora de 4 veces en la capacidad de almacenamiento.

La velocidad de transferencia se estima, en un principio, en 10 MB por segundo similar a una memoria de semiconductores lenta. Y en cuanto a capacidad, en teoría, la cubeta podría guardar hasta 1 terabyte de información. Ya se ha logrado almacenar casi 1 GB.

Por ahora, problemas con el sistema de lentes y la calidad de la proteína limitan al sistema para alcanzar cantidades de almacenamiento mayores. a está en avance la segunda versión del prototipo, que se espera pueda ser usado en el corto plazo para computadoras personales. El diseño se basa en proteínas que son baratas de producir en cantidad, incluso se está usando la ingeniería genética para aumentar la producción de proteínas de la bacteria.

Además, el sistema tiene capacidad para operar sobre un rango de temperaturas más amplio que el de los semiconductores. Finalmente, se pueden remover los pequeños cubos y transportar gigabytes de información para almacenarla o para backups. Esto es posible porque los cubos no contienen partes móviles, lo que es más seguro que usando un pequeño disco rígido o cartuchos.

La proteína bacteriorodopsina (bR) encontrada en la membrana superficial de halobacterium halobium absorbe la luz en un proceso análogo a la fotosíntesis. bR existe en dos estados intercambiables, que absorbe luz azul y verde respectivamente, lo cual permite almacenar información en un código binario. Disponiendo este producto en forma de cubo, y teniendo un láser para acceder a cambiar entre los dos estados, se pueden obtener “discos” con capacidades de muchos Gigaoctetos, por el precio de los de 1 Giga.

El principal problema es que no aguantan temperaturas superiores a 83 C, otro inconveniente es que no son muy rápidos.

Fuente: www.clarin.com