IN PROGETTO NUOVI SISTEMI ELETTRONICI DI MEMORIA E HARD DISK GENETICI

23 Apr 2014 20:55

Ogni giorno immagazziniamo un numero enorme di dati digitali secondo una crescita di tipo esponenziale. Per l’immediato futuro i ricercatori stanno tentando di risolvere molti dei problemi che tale mole di informazioni comporta, come la necessità di disporre di “spazi” sempre più ampi e l’eccessivo consumo di risorse energetiche di cui necessitano tali processi,  aspetti entrambi sicuramente da valutare con la stessa priorità.

Una soluzione molto promettente è stata pubblicata su Nature Communications. Un lavoro frutto di diversi laboratori italiani ed internazionali, svolto in massima parte dal CNR, dal Politecnico di Milano e dalla Elettra Sincrotrone Trieste.

I ricercatori hanno messo a punto un nuovo meccanismo che consente di scrivere le memorie digitali in modo superefficiente basato sulla magnetizzazione di particolari materiali tramite impulsi elettrici.

Oltre alla capacità di immagazzinamento dati provata nelle sperimentazione, i risultati sono sorprendenti anche per quanto riguarda l’aspetto dei consumi energetici che addirittura si stimano essere ridotti di oltre 1000 volte rispetto alle attuali tecnologie.

«L’immagazzinamento dell’informazione nei sistemi di memoria, come i dischi rigidi dei computer  viene ancor oggi effettuata tramite un piccolo elettromagnete che magnetizza la superficie del disco: un processo lungo, energeticamente costoso e che non permette elevata miniaturizzazione. Indurre questa magnetizzazione attraverso un campo elettrico darebbe enormi vantaggi, permettendo di superare le attuali limitazioni, diminuendo il consumo energetico di un fattore mille e realizzando uno dei sogni della comunità scientifica e di chi cerca nuove soluzioni tecnologiche per l’elettronica moderna. Il sistema che abbiamo studiato è costituito da due strati di materiale facilmente reperibile e poco costoso: uno di ferro e uno di ossido di bario e di titanio, che una volta sovrapposti reagiscono formando un sottilissimo ossido di ferro nella zona di interfaccia. Sottoponendo il campione a un’analisi spettroscopica con la luce di sincrotrone di Elettra siamo riusciti a seguire le proprietà di ciascuno strato, verificando come il grado di magnetizzazione all’interfaccia variasse in base al campo elettrico applicato sullo strato di ossido, in modo controllabile e reversibile» spiega Piero Torelli, fisico del CNR, quindi «Un’elettronica moderna capace di riunire i vantaggi della ferroelettricità (basso costo di scrittura delle informazioni) e quelli del magnetismo (durata dell’informazione immagazzinata)» (www.cnr.it).

Un’altra via parallela intrapresa dai ricercatori già da qualche anno, completamente diversa ma altrettanto efficace,  è quella dei cosiddetti hard disk genetici.

Come sappiamo, il DNA ha un’alta capacità di immagazzinare informazioni sui suoi filamenti secondo un codice di tipo ‘quaternario’ (A,T,G,C) che può essere convertito in ‘sistema binario’ (“0” e “1”) e viceversa, consentendo così di potervi scrivere dati digitalizzabili.

Poichè in pochi atomi si può racchiudere un’immensa mole di dati, si intuisce l’enorme valenza di tali studi. Addirittura, ricercatori della Harward University sono riusciti a memorizzare in una frazione di millesimo di grammo di DNA, 70 miliardi di copie di un ebook di 300 pagine del “peso” di 700 kb.

In questo momento i limiti di questa tecnologia sono rappresentati dai costi alti e dai tempi lunghi di sequenziamento del DNA che rendono proibitivo un accesso veloce ai dati, ma è ideale per immagazzinare enormi moli di informazioni da stoccare per periodi di tempo lunghissimi perchè il DNA si conserva anche per migliaia di anni  e inoltre a temperatura ambiente, senza il consumo quindi di ingenti quantità di energia per refrigerarlo tipici degli hard disk normali.

Un successo analogo, pubblicato su Nature , è stato ottenuto dai ricercatori dello European Bioinformatics Institute che sono riusciti a “scrivere” su un frammento di DNA, 154 sonetti di Shakespeare (testo) e 26 secondi (mp3) del famoso discorso di Martin Luther King I have a dream.  Assodato che la velocità di scrittura e lettura dei file non può competere con quella dei dispositivi elettronici  «l’archiviazione su DNA  è già economicamente valida per archivi a lunga scadenza e con una bassa aspettativa di accesso frequente, come gli archivi storici e governativi»; cioè, questa tecnologia si prefigge di vincere una delle più grandi sfide del prossimo futuro promettendo  di poter archiviare una quantità sempre più ingente di dati, di preservarli anche per migliaia di anni senza consumo di energia ed evitare l’obsolescenza tecnologica dei dispositivi elettronici.