Nous ne pouvons pas continuer à construire des serveurs pour contenir des billions de gigaoctets d'informations numériques. Cela peut être fait de manière beaucoup plus compacte sur les molécules de polymère du chimiste Steven Martens.
Lorsque Steven Martens a commencé son doctorat il y a cinq ans, il était encore un pur chimiste. Il a fait des recherches sur les systèmes de polymères - des macromolécules simples que l'on trouve entre autres dans les plastiques et l'ADN. Son objectif était de créer de nouvelles structures avec. Jusqu'à ce qu'en troisième année de thèse, il découvre que ces structures se prêtent parfaitement à une fonction précise :stocker l'information.
Steven Martens (1989) a étudié la chimie à l'Université de Gand. Après avoir soutenu son doctorat sur les structures polymères en février, il a commencé à travailler comme post-doctorant à la Faculté des sciences pharmaceutiques. Là, il se concentre sur la lutte contre le cancer et l'immunothérapie. Ses recherches sur le stockage de données dans les macromolécules se poursuivront à l'Université de Gand, sous la direction du chimiste des polymères Filip Du Prez.
Votez pour StevenAuparavant, Martens avait montré un intérêt supérieur à la moyenne pour la revue spécialisée Nature lire un article sur le stockage alternatif de l'information. Des scientifiques britanniques en bioinformatique avaient réussi à coder les sonnets de Shakespeare et une partie du discours "I have a dream" de Martin Luther King dans les paires de bases de l'ADN.
L'expérience était une preuve de concept extrêmement importante :les scientifiques avaient réussi à stocker des informations numériques sous forme de zéros et de uns sur un support si petit qu'on ne peut même pas le voir à l'œil nu. Les possibilités que cela apporte sont phénoménales. "Je me souviens d'avoir lu qu'avec un kilogramme d'ADN synthétique, vous en avez assez pour stocker toutes les données du monde", déclare Martens.
'Les molécules sont des supports de données beaucoup plus compacts que les disques durs et les clés USB sur lesquels nous stockons désormais des fichiers'
Et puis il a découvert que ses molécules de polymère, sous forme de poudre, pouvaient aussi être de tels porteurs d'informations microscopiques. Et qu'ils peuvent stocker beaucoup plus d'informations que l'ADN. « Un collègue a récemment fait le calcul. Nous pouvons stocker 1,76 fois plus de données sur un gramme de poudre de notre molécule que sur un gramme d'ADN." Une énorme différence, surtout quand on repense à ce que l'on peut faire avec un kilogramme d'ADN.
Martens s'est mis au travail. Il a commencé à construire des molécules synthétiques avec l'idée de les utiliser comme supports d'informations. Il s'est vite rendu compte que cela n'allait être qu'une partie du travail. Pour mettre des informations sur ces molécules, il devait être capable de les coder efficacement. Et pour pouvoir les relire ensuite, il lui fallait une bonne technique de décodage.
Peu à peu, un terrain s'est déroulé pour Martens qui bordait d'autres disciplines à de nombreux endroits. Lui et son promoteur Filip Du Prez ont fait appel à des informaticiens de la même faculté de l'Université de Gand. «Ils ont développé un algorithme capable de traduire une série de bits en structures moléculaires. Nous avons appliqué notre chimie à cela. Nous avons construit les molécules sous forme de poudre et nous nous sommes assurés que leur structure était propre - vous ne voulez pas que vos données soient corrompues dès le départ."
Maintenant, Martens avait les molécules et un moyen de stocker des informations à leur sujet. Mais il ne savait toujours pas comment extraire les données de ces molécules. À ce moment-là, lui et Du Prez se sont tournés vers des biochimistes. «À l'aide d'un spectromètre de masse, ils lisent les données sur les molécules sous forme de séquences spectrales. Là-dessus, nous sommes retournés voir les informaticiens, qui ont traduit les séquences en bits. C'est là que le cycle s'est terminé.'
L'automne dernier, Martens et ses collègues ont décrit leur premier test avec les molécules porteuses d'informations dans Nature Communications. Avec le plan en trois étapes qu'ils avaient conçu, ils avaient réussi à stocker un code QR dans une molécule et à le relire.
Le code renvoyait à la page Wikipédia d'August Kekulé, un chimiste allemand du XIXe siècle qui travaillait temporairement à l'université de Gand. "Il a été le premier à décrire la structure du benzène", explique Martens. "C'est une structure organique, la nôtre est une structure synthétique, fabriquée en laboratoire. C'était un peu comme si notre travail avait bouclé un cercle où il avait établi le point de départ."
Le modèle moléculaire développé par Martens est actuellement en phase de conception. « Pour le test avec le code QR, j'ai réalisé des structures moléculaires de six unités. Pour pouvoir y mettre des fichiers plus volumineux, comme des photos et des vidéos, nous devons allonger ces structures. Ce sera un grand défi.”
La méthode de lecture causera également des maux de tête dans un proche avenir. «Chaque fois que nous lisons une molécule avec un spectromètre, cet instrument détruit la molécule entière», explique Martens. «Nous en prenons une petite quantité pour lire les données que nous recherchons – avec quelques nanogrammes, nous en avons généralement assez. Mais la méthode n'est pas idéale. A la longue il ne vous restera plus rien de votre molécule. À cet égard, la recherche sur l'ADN synthétique est beaucoup plus avancée.'
Néanmoins, certaines entreprises s'intéressent déjà au modèle moléculaire de Martens. Par rapport au stockage de l'ADN, sa méthode de poudre présente des avantages que vous ne pouvez tout simplement pas ignorer. «L'ADN est une structure complexe, il est encore très coûteux de le fabriquer pour le moment. Il n'est pas facile non plus de lire les données qu'il contient, et la structure permet facilement les erreurs." Tout cela est beaucoup moins le cas avec les macromolécules que produit Martens.
Dans tous les cas, les supports de données classiques mordent la poussière. "Les disques durs et les clés USB sur lesquels nous stockons désormais nos vidéos, chansons et autres fichiers sont souvent constitués de métaux lourds et de silice très pure", explique Martens. « La terre ne possède pas ces matières premières en quantités illimitées. Nous n'avons pas besoin de ces matériaux pour fabriquer de l'ADN et d'autres molécules.'
"Et, comme je l'ai déjà dit, vous pouvez vraiment stocker vos données de manière beaucoup plus compacte." D'ici l'année prochaine, nous aurons généré environ 4,4 billions de gigaoctets d'informations dans le monde. Pour stocker toutes ces données, Google, Microsoft et d'autres acteurs ont besoin de centres de données mégalomanes. À moins qu'ils n'investissent pleinement dans la recherche de meilleurs supports d'information. Comme celle des bioinformaticiens britanniques qui stockent des sonnets sur l'ADN, ou comme celle de Steven Martens.
