Alltagsgegenstände als Datenspeicher

Lebewesen tragen ihre eigene Bau- und Betriebsanleitung in Form von DNA in sich. Nicht so unbelebte Objekte: Wer mit einem 3D-Drucker einen Gegenstand herstellt, braucht zwar auch eine Bauanleitung. Jahre sp?ter dasselbe Objekt noch einmal zu drucken, ist aber nur m?glich, wenn man die originalen digitalen Informationen immer noch besitzt. Im Objekt selbst ist die Druckanleitung in der Regel nicht gespeichert.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben nun gemeinsam mit einem israelischen Kollegen eine M?glichkeit entwickelt, mit der sich in beinahe beliebigen Objekten umfangreiche Informationen speichern lassen. ?Es l?sst sich damit eine 3D-Druck-Anleitung in ein Objekt integrieren, sodass diese selbst nach Jahrzehnten oder Jahrhunderten noch direkt aus dem Objekt herausgelesen werden kann?, erkl?rt Robert Grass, Professor am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften. Gespeichert ist die Information wie bei Lebewesen: in DNA-Molek¨¹len.

?DNA der Dinge?

M?glich ist dies dank mehrerer Entwicklungen der vergangenen Jahre. Zum einen der Ansatz von Grass, Produkte mit einem in winzigen Glask¨¹gelchen eingegossenen DNA-?Strichcode? zu kennzeichnen. Diese Nanok¨¹gelchen kann man unter anderem als Tracer bei geologischen Untersuchungen verwenden oder man kann damit hochwertige Nahrungsmittel kennzeichnen, um sie von F?lschungen zu unterscheiden. Der Strichcode ist dabei verh?ltnism?ssig kurz: 100 Bit (100 Stellen ?0? oder ?1?). Diese Technologie wird mittlerweile vom ETH-Spin-off Haelixa kommerzialisiert.

Andererseits ist es in den vergangenen Jahren gelungen, sehr grosse Datenmengen in DNA zu speichern. Grass¡¯ Kollege Yaniv Erlich, ein israelischer Computerwissenschaftler, mit dem er jetzt zusammenarbeitete, entwickelte eine Methode, mit der es theoretisch m?glich ist, 215'000 Terabytes an Daten in einem einzigen Gramm DNA zu speichern. Und Grass selbst speicherte vor einem Jahr ein ganzes Musikalbum in DNA, was 15 Megabytes an Daten entsprach (siehe ETH-News-Artikel).

Grass und Erlich vereinten nun diese Ans?tze zu einer neuen Datenspeicherform, wie sie im Fachmagazin externe SeiteNature Biotechnologycall_made berichten. Sie nennen die Speicherform ?DNA der Dinge? ¨C in Anlehnung an das ?Internet der Dinge?, bei dem Objekte ¨¹ber das Internet mit Informationen verbunden werden.

Vergleichbar mit der Biologie

Als Anwendungsbeispiel stellten die Wissenschaftler mittels 3D-Druck ein H?schen aus Kunststoff her, das seine eigene Bauanleitung (im Umfang von rund 100 Kilobytes) in sich tr?gt. Die Forschenden f¨¹gten dazu DNA-enthaltende Glask¨¹gelchen dem Kunststoff bei. ?So wie richtige Hasen tragen auch unsere H?schen ihren Bauplan in sich?, sagt Grass.

Und wie in der Biologie bleibt auch in diesem neuen technologischen Ansatz die Information ¨¹ber mehrere Generationen erhalten. Dies zeigten die Wissenschaftler, in dem sie aus einem kleinen Teil des H?schens die Druckinformation zur¨¹ckgewannen und daraus wiederum ein neues H?schen druckten. Diesen Prozess konnten sie f¨¹nfmal wiederholen. Sie stellten also quasi ?Urururenkel? des H?schens her.

?Alle anderen bekannten Speicherformen haben eine unver?nderliche Geometrie: eine Festplatte muss wie eine Festplatte aussehen, eine CD wie eine CD. Man kann die Form nicht ver?ndern, ohne Information zu verlieren?, sagt Erlich. ?DNA ist derzeit die einzige Datenspeicherform, die auch in fl¨¹ssiger Form vorliegen kann. Dies erlaubt es uns, sie in Objekte jeglicher Form einzubringen.?

Information verstecken

Eine weitere Anwendung der Technologie ist, Information in Alltagsobjekten zu verstecken. Experten sprechen dabei von Steganografie. Als Anschauungsbeispiel erwiesen die Wissenschaftler der Geschichte Referenz: Zu den wenigen Dokumenten, die heute vom Leben im Warschauer Ghetto w?hrend des Zweiten Weltkriegs zeugen, geh?rt ein geheimes Archiv, welches ein j¨¹discher Historiker und Ghettobewohner damals anlegte und in Milchkannen vor Hitlers Truppen versteckte. Heute ist dieses Archiv Teil des Weltdokumentenerbes.