為鈕扣、水杯、鏡片注入DNA,新技術讓非生命體也能儲存訊息甚至自我繁衍

來自蘇黎世聯邦理工學院的羅伯特⋅格拉斯(Robert Grass)教授與以色列科學家亞尼夫‧艾利希(Yaniv Erlich)合作,發明了一種類似DNA的訊息儲存方式,可以將大量訊息巧妙地隱藏在非生命物體中。這項技術的一個最直接應用就是,我們可以將非生命體的製造訊息儲存在其中,並透過讀取這一訊息來完美複製原物體。

從紙張、磁帶,到CD,硬碟…… 儲存訊息的載體日新月異。

如今,得益於一項最新科技成果,你的鈕扣、水杯、甚至眼鏡鏡片也可以儲存大量訊息了!

來自蘇黎世聯邦理工學院的羅伯特⋅格拉斯(Robert Grass)教授與以色列科學家亞尼夫‧艾利希(Yaniv Erlich)合作,發明了一種類似DNA的訊息儲存方式,可以將大量訊息巧妙地隱藏在非生命物體中。

這項技術的一個最直接應用就是,我們可以將非生命體的製造訊息儲存在其中,並透過讀取這一訊息來完美複製原物體。

我們知道,有機生命將自己的「組裝和操作說明」以DNA的形式儲存,而非生命物體卻沒有這種形式。

任何人想要3D列印一個對象都需要一組程式碼指令。他們如果想要多年後再次列印同一對象,那麼需要訪問該對象的原始數位訊息——非生命體本身不會儲存這些列印指令。

不過,隨著這項新技術的出現,非生命體也可以像有機生命體一樣「繁衍」了。

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用塑膠中儲存的DNA訊息列印兔子

「通過這種方法,我們可以將3D列印指令整合到一個對象中。這樣,在幾十年甚至幾個世紀後,我們就可以直接從對象本身獲取這些指令,」羅伯特⋅格拉斯解釋說。

為鈕扣、水杯、鏡片注入DNA,新技術讓非生命體也能儲存訊息甚至自我繁衍

過去幾年的多項發展使得DNA數據儲存成為可能。其中一項便是格拉斯的方法,該方法使用嵌入在微小玻璃珠中的DNA「QR Code」來標記產品。這些奈米珠有多種用途,例如,作為地質測試的示蹤劑或作為區分優質食品和假冒品的標記。這些QR Code相對較短,只有100位二進制程式碼(100個位置,每個都是「0」或「1」)。一家名為Haelixa的衍生公司已將該技術商業化。

同時,在DNA中儲存大量數據也已經成為可能。以色列的電腦科學家、也是格拉斯目前的合作夥伴亞尼夫‧艾利希(Yaniv Erlich)開發了一種方法,該方法理論上可以在1克DNA中儲存215000TB的數據。格拉斯本人能用DNA儲存整張音樂專輯,相當於15MB的數據。

亞尼夫‧艾利希(Yaniv Erlich)

現在,兩位科學家已經將這些發明結合到一種新的數據儲存形式中,他們稱之為「DNA聯(DNA of Things)」,它是物聯網(Internet of Things)的進一步發展。

作為例子,研究人員透過塑膠中添加的含有DNA的微小玻璃珠3D列印了一隻兔子,其中列印指令的大小約100KB。格拉斯說:「我們的兔子和真的兔子一樣,也有它自己的DNA。」

就像生物學裡說的,這種新方法保留了幾代人的訊息——科學家們可以從兔子的一小部分中獲取列印訊息來列印一整隻新的兔子。這個過程能夠被重複五次,本質上他們創造了原始兔子的「曾曾曾孫」。

「所有其他已知的儲存形式都具有固定的幾何形狀:硬碟驅動器必須看起來像硬碟驅動器,而CD必須像CD。你無法在不丟失訊息的情況下改變它們的形狀,」艾利希說,「DNA是目前唯一可以以液體形式存在的數據儲存介質,它能夠被儲存入到任何形狀的物體中。」

透過3D列印來隱藏資料

這項技術的進一步應用是將訊息隱藏在日常物品中,技術專家將其稱為「隱寫術」。為了展示這種應用,技術專家們回顧了歷史:在第二次世界大戰期間,華沙猶太人區的稀少文件中有一個祕密檔案。該檔案當時被猶太歷史學家和當地居民放在牛奶罐中而沒有被希特勒的軍隊發現。今天,這個檔案已被列入聯合國教科文組織的《世界記憶名錄》裡。

為鈕扣、水杯、鏡片注入DNA,新技術讓非生命體也能儲存訊息甚至自我繁衍

研究人員將有關此檔案的短片(大小約為1.4MB)儲存在玻璃珠中,然後將其注入普通眼鏡的鏡片裡。

艾利希說:「這樣的一副眼鏡,通過機場安檢沒有任何問題。這樣,它所包含的訊息就會從一個地方被傳送到另一個地方。」從理論上講,這些玻璃珠可以被隱藏在任何塑膠物體中,只要製造這些塑膠的過程中沒有過高的溫度產生。這樣的塑膠的材料包括環氧化物、聚酯、聚氨酯和矽樹脂等。

可用在藥物標記和建築材料上

此外,該技術可用於標記藥物或建築材料,例如黏合劑或油漆。格拉斯解釋說,有關品質的訊息可以被直接儲存在藥物或物料本身。這意味著醫學管理機構可以直接從產品中讀取生產品質控制的測試結果;在建築物中,進行裝修的工人可以找到原始結構中使用了哪些製造商的哪些產品。

目前,該方法仍然相對昂貴。格拉斯說,轉換塑膠兔子的DNA中儲存的3D列印文件的成本約為2000瑞士法郎(約台幣6萬3千元),而其中很大一部分用於合成相應的DNA分子。但是,對象的批量越大,單位成本就越低。

這項日益成熟的技術,想必會對訊息儲存甚至諸多衍生領域產生深遠影響。

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