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Molecular Memory Architect Simulator

Interactive atomic-scale memory technology simulator featuring phase-change materials, skyrmion racetracks, and DNA storage systems

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Was ist das?

🎯 Simulator-Tipps

📚 Glossar

DNA Data Storage
Der Prozess der Kodierung digitaler Informationen (Binärdaten) in Sequenzen der vier DNA-Nukleotidbasen (A, T, G, C) zur langfristigen, extrem dichten Datenarchivierung.
DNA Fountain
Eine von Yaniv Erlich und Dina Zielinski (2017) entwickelte Kodierungsmethode, die sich der theoretischen maximalen Informationskapazität der DNA bei 1,98 Bits pro Nukleotid nähert.
Oligonucleotide
Ein kurzer, synthetischer DNA-Strang mit einer Länge von typischerweise 100–200 Nukleotiden, der als Grundeinheit für die Datenspeicherung in DNA-Speichersystemen verwendet wird.
DNA Synthesis
Der chemische oder enzymatische Prozess des Aufbaus von DNA-Strängen aus einzelnen Nukleotiden; der „Schreib“-Vorgang in der DNA-Datenspeicherung.
DNA Sequencing
Der Prozess des Lesens der Reihenfolge der Nukleotide in einem DNA-Strang; der „Lese“-Vorgang bei der DNA-Datenspeicherung unter Verwendung von Technologien wie Illumina oder Nanoporensequenzierung.
Error-Correcting Code
Mathematische Algorithmen (wie Reed-Solomon- oder Fountain-Codes), die zu in DNA gespeicherten Daten hinzugefügt werden, um Fehler zu erkennen und zu korrigieren, die während der Synthese, Speicherung oder Sequenzierung auftreten.
Silica Encapsulation
Eine von Robert Grass an der ETH Zürich entwickelte Konservierungsmethode, bei der DNA in Nanometer-Silikatkügelchen versiegelt wird und so das Überleben der Daten über Tausende von Jahren ermöglicht.
DNA-of-Things (DoT)
Eine Speicherarchitektur von Erlich und Grass (2019), die DNA-Daten in physische Objekte einbettet – wie ein 3D-gedrucktes Kaninchen, das seinen eigenen digitalen Bauplan enthält.
Random Access
Die Fähigkeit, bestimmte Daten aus einem DNA-Speichersystem abzurufen, ohne alle gespeicherten Daten zu lesen, wird durch die Verwendung von PCR-Primern als „Dateiadressen“ erreicht.
Homopolymer Run
Eine Sequenz identischer aufeinanderfolgender DNA-Basen (z. B. AAAA), die Synthese- und Sequenzierungsfehler erhöht und Codierungsbeschränkungen erfordert.
GC Content
Der Anteil der Guanin- (G) und Cytosin- (C) Basen in einer DNA-Sequenz; Für eine optimale Lagerung ist für die Stabilität ein ausgewogener GC-Gehalt (ca. 50 %) erforderlich.
Information Density
Die Datenmenge, die pro physischer Raumeinheit gespeichert werden kann; DNA erreicht etwa 10^17 Bytes pro Kubikmillimeter, millionenfach dichter als Flash-Speicher.
Enzymatic Synthesis
Ein neuerer Ansatz zur DNA-Synthese, der Enzyme anstelle von Chemikalien verwendet und für Datenspeicheranwendungen möglicherweise schneller und kostengünstiger ist.

🏆 Schlüsselpersonen

George M. Church (2012)

Der Harvard-Genetiker demonstrierte den ersten DNA-Datenspeicher mit hoher Kapazität, indem er ein 650-KB-Buch in synthetische DNA kodierte und damit das Konzept im großen Maßstab bewies

Yaniv Erlich (2017-2019)

Entwickelte DNA Fountain, erreichte eine nahezu theoretisch maximale Speicherdichte von 1,98 Bits/Nukleotid, und war Miterfinder von DNA-of-Things (DoT) zum Einbetten von Daten in physische Objekte

Dina Zielinski (2017)

Hat am New York Genome Center die DNA-Fountain-Kodierungsmethode mitentwickelt, die ein Betriebssystem, einen Film und andere Dateien perfekt in der DNA speichert

Robert N. Grass (2015-2019)

Entwickelte an der ETH Zürich eine Silica-Verkapselung zur jahrtausendelangen Aufbewahrung von DNA-Daten und erfand gemeinsam mit Erlich DNA-of-Things

Nick Goldman (2013)

Leitete das EMBL-EBI-Team, das 739 KB Daten in DNA mithilfe eines ternären Kodierungsschemas mit Redundanz kodierte, veröffentlicht in Nature (2013)

Richard Feynman (1959)

In seinem berühmten Vortrag „There's Plenty of Room at the Bottom“ aus dem Jahr 1959 schlug er erstmals die Idee vor, Moleküle zur Datenspeicherung zu nutzen.

Luis Ceze & Karin Strauss (2018)

Leitete die Zusammenarbeit zwischen Microsoft und der University of Washington im Bereich DNA-Speicher mit wahlfreiem Zugriff und automatisierten End-to-End-DNA-Datenspeichersystemen

🎓 Lernressourcen

💬 Nachricht an Lernende

Jede lebende Zelle auf der Erde nutzt bereits ein molekulares Gedächtnis – die DNA speichert die vollständigen Anweisungen zum Aufbau und Betrieb eines menschlichen Körpers in einem Raum, der kleiner als der Kopf einer Stecknadel ist. Das Bemerkenswerte an der molekularen Gedächtnisforschung ist, dass Wissenschaftler nun das Speichermedium der Natur für unsere digitale Welt umfunktionieren. Ein einziges Gramm DNA könnte ein ganzes Rechenzentrum ersetzen. Während wir noch daran arbeiten, es schnell und kostengünstig genug für den täglichen Gebrauch zu machen, ist der grundlegende Durchbruch bereits geschafft: Wir wissen, wie man digitale Daten mit demselben Molekül schreibt, speichert und perfekt zurückliest, das die Geschichte des Lebens seit 3,8 Milliarden Jahren zuverlässig bewahrt hat.

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