DNA 기반 스토리지로 일상 물건이 영구 데이터 아카이브로… 3D프린트 토끼에 자기 설계도 저장

DNA 분자로 일상 객체에 정보 저장… 수십·수백 년 후 검색 가능

오늘날 정보 시대에 세계 데이터는 엄청난 속도로 증가합니다. 기존 장치(SSD, 하드디스크, 자기테이프)는 곧 물리적 한계에 도달할 것입니다.

이 때문에 과학자들은 장기 콜드 스토리지 아키텍처로 DNA 분자 사용을 시도합니다. 어떤 형태든 취할 수 있고 비할 데 없는 밀도와 내구성을 보입니다. 이론상 DNA 1g에 215페타바이트 데이터를 수천 년 저장할 수 있습니다.

이제 ETH 취리히(스위스)와 얼리히 랩 LLC(이스라엘) 연구진이 방대한 정보(DNA 분자만 사용)를 물병, 셔츠 단추, 유리 렌즈 등 일상 객체에 저장하는 새 방법을 개발했습니다. 정보는 객체에서 직접 수십 년 심지어 수세기 후 검색 가능합니다.

제품에 DNA '바코드' 표시와 대용량 데이터 DNA 저장 등 이전 연구들이 '사물의 DNA(DNA of Things)'라 불리는 새 유형 데이터 스토리지 구축을 가능하게 했습니다. 객체(저장 단위)가 인터넷을 통해 정보와 연결되기 때문입니다.

어떻게 구현했나?

불변 메모리를 가진 객체 만들기 위해 연구자들은 DNA 분자를 기능성 소재에 융합했습니다. 데이터를 DNA 분자에 인코딩해 오류에 강하게 만들었습니다.

극단적 드롭아웃 오류 교정과 미량 물질에서 데이터 검색 위해 DNA 파운틴(DNA Fountain) 인코딩 방식을 사용했습니다.

하지만 단순히 DNA를 기능성 소재와 혼합하면 혼합물 준비 중 온도 상승과 가수분해 스트레스로 DNA가 열화되기 쉽습니다.

이는 DNA를 실리카 나노입자로 캡슐화해 해결할 수 있습니다. 실리카 입자 캡슐화 DNA는 DNA와 임베딩 소재 혼합을 쉽게 하고 DNA 분자 반감기를 늘립니다.

참고: Nature Biotechnology | DOI:10.1038/s41587-019-0356-z | ETH 취리히

이 DNA 분자들은 다양한 소재와 혼합돼 3D 프린팅이나 주조 기술로 성형될 수 있습니다.

연구팀은 플라스틱으로 토끼를 3D 프린팅해 새 방법을 시연했습니다. 토끼엔 100킬로바이트 데이터 — 토끼 프린팅 지시사항 — 이 들어있습니다. 즉 실제 토끼처럼 객체가 자체 설계도를 가집니다.

DNA 분자 형태로 100KB 데이터 담은 3D프린트 플라스틱 토끼 | 출처: ETH 취리히 / 줄리안 코흐

토끼 작은 조각에서 데이터(프린팅 지시사항) 검색해 완전히 새로운 토끼 3D 프린팅에 사용했습니다. 이 과정을 5번 반복해 첫 토끼의 '현현현손자(great-great-great grandchild)'를 만들었습니다.

응용 분야

이 기술은 평범한 물질 내 비밀 정보 은닉, 스테가노그래피(steganography) 기법으로 사용될 수 있습니다. 연구자들은 단편 영화(1.4메가바이트)를 일반 안경 렌즈에 저장해 시연했습니다. 공항 보안검색대에서 탐지되지 않고 통과 가능합니다.

이론상 제조 공정 중 극도로 높은 온도만 도달하지 않으면 모든 플라스틱 객체(실리콘, 폴리우레탄, 폴리에스터, 에폭사이드 포함)에 정보 은닉 가능합니다.

청사진 수준 정보가 대량생산 객체나 개인화 아이템에서 접근 가능해야 하는 응용에 유용합니다. 치과 임플란트 경우 각 구조가 특정 환자 맞춤형으로 독특합니다.

이 기술 더 미래적 응용은 자기복제 장치 분야입니다. 이 기술은 무제한 객체 공급용 저장 소재 생성할 충분한 복제 능력 갖습니다.

기술 비용은 꽤 비쌉니다: 단일 3D 프린트 파일 변환에 2,000달러 이상 듭니다. 하지만 객체 배치 크기 증가에 따라 단위 비용 감소합니다.