Doorbraak: 1000 terabyte op dvd nu mogelijk

Share Button

DVD’s raken uit de mode, omdat ze qua capaciteit hopeloos achterblijven bij andere opslagmedia. Met een nieuwe techniek, die het mogelijk maakt een verbijsterende petabyte (1000 maal een gangbare hard disk) op een DVD op te slaan, gaat daar vermoedelijk verandering in komen. Met verstrekkende gevolgen. Kunnen we straks een backup van ons brein op een dvd branden?

DVD uit de tijd
Als student kocht ik mijn eerste pc met een harde schijf van veertig megabyte. Naar hedendaagse begrippen is dat maar weinig – ik was een groot deel van de tijd bezig om plaats te maken op dat krappe ding. Geen wonder dat toen de eerste cd-rom spelers op de markt kwamen, ik deze snel in wilde bouwen. De cd-rom had met 600 MB maar liefst vijftien keer zoveel opslagruimte als mijn harde schijf. Nu liggen harde schijven qua capaciteit rond de terabyte, dat is een miljoen megabyte oftewel iets van 25.000 maal zo veel als mijn veelgeplaagde harde schijf van weleer. Toch is de capaciteit van de opvolger van de cd-rom, de dvd, nauwelijks gegroeid: de allerbeste quadruple Blu-Ray dvd’s halen nu met pijn en moeite 128 gigabyte. Dat is iets meer dan ongeveer 200 maal zoveel als de allereerste cd-rom. Waarom zijn optisch leesbare media,zoals cd-roms en dvd’s, zo hopeloos achtergebleven?

Diffractielimiet omzeild
Dit heeft alles te maken met de zogeheten diffractielimiet. Licht, zoals alle elektromagnetische straling,  bestaat uit fotonen, die een zekere golflengte hebben. Bij zichtbaar licht ligt deze rond de 400 (blauw-violet licht) tot 700 (rood licht) nanometer. Golven  (fotonen zijn golfpakketjes) buigen om voorwerpen heen, die kleiner zijn dan de golflengte. Dit betekent dat in zichtbaar licht voorwerpen die kleiner zijn dan 400 nanometer, zoals kleine virusdeeltjes, zelfs met de allerbeste klassieke optische microscoop niet waargenomen kunnen worden. Elektronenmicroscopen kennen dit probleem minder. De golflengte van elektronen is afhankelijk van hun snelheid en ligt bij elektronenmicroscopen typisch in de orde van picometers, duizenden malen kleiner dus. Hierdoor kunnen elektronenmicroscopen haarscherpe detailfoto’s maken van bijvoorbeeld gevriesdroogde bacteriën. De scanning tunneling elektronenmicroscoop werkt via kwantumtunneling en kan zelfs individuele atomen zichtbaar maken.

In het eerste decennium van de 21e eeuw zijn er technieken ontwikkeld om toch onder de diffractielimiet te kunnen werken. Het geheim: lenzen met een negatieve brekingsindex. Vandaar dat tegenwoordig natuurkundigen een stuk minder onder de indruk zijn van diffractielimieten dan vroeger en met succes allerlei foefjes ontwikkelen om hier onderuit te komen. Zo zijn de vlekjes op een moderne blu-ray disc 150 nanometer groot.  Door  verschillende lagen te stapelen, kunnen experimentele blu-ray discs toch wat meer data bevatten.

De ruimte in het centrum van de donut is de enige plek waar de 'schrijf'-bundel niet uitgeschakeld wordt. Gebaseerd op afbeelding van  (1)

De ruimte in het centrum van de donut is de enige plek waar de ‘schrijf’-bundel niet uitgeschakeld wordt. Gebaseerd op afbeelding van (1)

Dichtheid van 1000 terabyte
Een groep van vier onderzoekers heeft nu een methode ontwikkeld om met zichtbaar licht een ‘brandpunt’  te ontwikkelen dat slechts negen nanometer in doorsnede is. Dit is ongeveer honderd atomen breed en meer dan 225 maal zo klein als de putjes op een dvd. Het systeem maakt gebruik van het samenvoegen van twee bundels, elk zo breed als de diffractielimiet. Eén bundel is de ‘schrijfbundel’, die vrijwel geheel uitgedoofd wordt door de tweede donutvormige ‘anti recording’ bundel. Alleen in het exacte centrum van de donut, plm. 9 nm breed, kan de bundel daardoor schrijven. Hierdoor kunnen er meer dan vier ordes van grootte zoveel puntjes op een laag en kunnen  de lagen veel dichter op elkaar gestapeld worden. Het resultaat is de verbijsterende opslagcapaciteit van 1000 TB, duizend maal zoveel als op een (anno 2013)  moderne harde schijf past.

Hoeveel is 1000 TB?
Duizend terabyte is voldoende om tienduizenden hoge-resolutie videofilms op te slaan; voldoende om meer dan tien jaar continu video’s te kijken. Op één enkel schijfje kan het genoom van meer dan 1 miljoen mensen, de bevolking van een klein land, worden opgeslagen. Qua informatiedichtheid leveren onze ogen verreweg de grootste hoeveelheid informatie van al onze zintuigen. Als een informatiemedium in staat is om letterlijk alles wat we zien op te slaan, wordt hiermee in feite de informatie van de menselijke geest opgeslagen. Uiteraard slaan we geen letterlijke beelden in ons brein op, maar patronen, wat de nodige opslagruimte bespaart. Daar staat tegenover dat we die patronen onderling met elkaar in verbinding brengen.
Psycholoog Paul Reber van de Amerikaanse Northwestern University schat dat ons brein rond de 2,5 petabyte (dit is 2500 TB) aan informatie kan opslaan. Deze schatting (die mensen als futuroloog Ray Kurzweil te hoog  achten) verschilt minder dan een orde van grootte (factor tien) van de capaciteit die met deze nieuwe opslagtechniek bereikt kan worden. Kortom: realisatie van het idee om een backup van onze geest te draaien voordat we bijvoorbeeld een halsbrekende stunt uithalen, komt steeds dichterbij.

Bronnen
Z. Gan et al., Three-dimensional deep sub-diffraction optical beam lithography with 9 nm feature size, Nature Communications (2013)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

8 reacties

  1. Bemoeier schreef:

    Einde harde schijf, of kan die ook nog verbeterd worden ?

    • Anno schreef:

      De nu nog iets duurdere maar veel snellere SSD schijven zijn momenteel in opkomst. Gebruik mijn SSD om windows op te draaien en heb normale harde schijven voor media bestanden. 

      • Bemoeier schreef:

        Ja maar zijn die dan ook een petabyte groot, of kunnen ze dat nog worden misschien jij spammer ?

        • Anno schreef:

          Momenteel hebben SSD schijven nog een lagere opslagcapaciteit dan traditionele hare schijven. Leuk zoveel data op een DVD maar er zit nog steeds een limiet aan de snelheid van het lezen van deze gegevens.
          Zelfde zie je met traditionele harde schijven, je hebt een schijf die ronddraait en dat is nu eenmaal langzamer. Volgens Wikipedia halen SSD schijven 100 tot 600 mb/s en zitten traditionele schijven vast aan een maximum van 140mb/s (in de praktijk vele malen lager doordat bestanden op verschillende plekken staan), daarbij hoeft een SSD schijf niet ‘op te starten’ zoals een normale harde schijf wel moet. 

  2. antares schreef:

    Spetterend artikel weer hierzo. ;)

  3. Anton schreef:

    Dat “op een schijfje zetten van je brein”, en andersom, doet me sterk denken aan de manga: Ghost in the Shell van Masamune Shirow.  Een baanbrekende animatie film die de meeste bezoekers van deze site zeker kunnen bekoren.    http://www.youtube.com/watch?v=oP2Pt6m3yKU
     
     

    • Anno schreef:

      Ja waar ik aan zat te denken:
      Iedereen heeft het nu over je brein op een schijf of pc zetten, echter heb je hiermee het nadeel dat wanneer iemand te overlijden komt de tijd tussen het overlijden en de laatste backup verloren is gegaan. Zou logischer zijn als het brein constant in verbinding is met de cloud om backups te maken, zo gaan hooguit enkele seconden verloren. Deze ontwikkeling zie je momenteel met mobile devices, enkele jaren terug moest je nog je simkaart overzetten met nummers en je media via je computer naar je nieuwe device zetten terwijl als je nu op je nieuwe device inlogged je alles met 1 druk op de knop kunt importeren.

  4. Atlas schreef:

    Eh.. Een schijfje, hoe groot ook, bevat niets anders dan schakelinstructies, die schakelaars in de toestand ‘aan’ kunnen zetten of in de toestand ‘uit’. Een hedendaagse computer kan gigantisch veel van die instructies in een seconde uitvoeren, bijvoorbeeld 3,3 miljard keer 64 instructies. Dat maakt de computer tot een fijn rekenbeest, waarin je enig idee kunt hebben van de uitkomsten van al dat gereken (bijvoorbeeld als ik een toets op mijn toetsenbord aansla) en daardoor hebben wij er veel voordeel van. Een slimme manier om veel data op te slaan is dus fijn voor ons computerfreaks. Goed artikel, begrijpelijke technische uitleg, helemaal goed. Maar het venijn zit hem in de staart van het artikel, daar wordt er gemakshalve weer eens van uit gegaan dat het menselijk brein een biocomputer is, die weliswaar een beetje anders werkt, maar toch wel weer zo vergelijkbaar dat het op enigerlei wijze mogelijk zou zijn om ‘informatie op breinniveau’ in digitale code om te zetten. Dream on baby! Prettige wedstrijd. 
    Er wordt gesteld dat als je op de één of andere manier alle informatie, die op je netvlies valt op een CD-ROMmetje zou branden, dat je dan de geest van die persoon zou hebben opgeslagen. Dit is zo belachelijk ridicuul dat ik moeite heb het nog serieus te ontkrachten. Kort gezegd is het wel aannemelijk gemaakt dat 75% van het menselijk brein geassocieerd wordt met de functie ‘zien’. Dat betekent concreet dat jij je filmpje hebt gemaakt van de beelden op je retina, terwijl wat jij daadwerkelijk ‘ziet’ het resultaat is van een ongelooflijk zware breinklus. Zien is niet het vastleggen van informatie, maar het interpreteren van zenuwprikkels. Het beeld dat op de retina valt is een plaatje, dat op zijn kop staat, vol gaten zit (zenuwuiteinden komen er aan de voorkant van de retina uit en daar kunnen dus geen lichtgevoelige neuronen zitten) en bovendien wazig is en met bewegende vlekken (de vloeistof in je oog waar het licht doorheen moet is niet erg helder en bevat verontreinigingen die schaduwen veroorzaken). Dit beeld wordt door globaal gesproken twee typen neuronen ‘opgevangen’. Er zijn neuronen die op verschillende kleuren anders reageren (kegeltjes) en er zijn neuronen, die op licht-donker verschillen reageren (staafjes). Er ontstaan dus in feite vier plaatjes tegelijkertijd in beide ogen tezamen. De staafjes reageren zeer veel sneller en kennen ook snellere routes naar de rest van het brein, terwijl de kleurinformatie langzamer verwerkt wordt. Daarbij worden alle plaatjes ook nog eens in twee stukken gehakt: de stukken die betrekking hebben op het linker gezichtsveld gaan in eerste instantie naar de rechter hersenhelft en andersom. 
    Zonder uiteraard te willen promoten zoiets ook daadwerkelijk te doen (lees de informatie die er over bekend is) kan ik mensen garanderen dat als je 50 microgram (miljoenste gram) LSD inslikt je een totaal andere wereld zal waarnemen dan je gewend bent, terwijl het stofje beslist niet het plaatje op de retina verandert. 
    Met andere woorden: Zien is beslist geen objectief gegeven, het is een zeer subjectieve (en per definitie zeer eigen en unieke) interpretatie van prikkels, waarbij enerzijds ALLE prikkels worden meegenomen (geur, geluid, tast, smaak etc.) en gemakshalve op één hoop wordt gegooid met alles wat jij bent en hebt meegemaakt en wie weet wat allemaal nog meer (voor de spiritualisten onder ons). 
    Freud gebruikte de (toen als high-tech geldende) stoommachine als metafoor voor het brein en hoewel enkele principes van de stoommachine met enige moeite ook in het menselijk brein worden aangetroffen (functieniveau), komt er bij mij slechts zeer zelden stoom uit mijn oren. In de moderne tijd is de computer de leidende technologie en zo is de computermetafoor geboren. Ook hier zijn best wel analogieën te treffen met enkele functies van het brein, maar daarmee zeker niet met de werking ervan. 
    Mooi zo’n schijfje met heel veel data, ben ik altijd voor, maar schoenmaker houd u bij uw leest en heb het niet over zaken waar enkelen misschien ièts over weten (eigenlijk meer vermoeden) en vrijwel iedereen helemaal niets.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger