Digitale afbeelding opgeslagen in een molecuul

New Scientist bericht op zijn website over de ontwikkeling van een nieuwe opslagmethode. Een onderzoeksteam van de universiteit van Oklahoma, onder leiding van Bing Fung, is er in geslaagd een digitale foto van 32x32 bits op te slaan in één molecuul. Daarvoor werd een molecuul van vloeibaar kristal gebruikt met negentien waterstofatomen. De gegevens lagen opgeslagen in de manier waarop de magnetische momenten van de protonen op elkaar inwerkten. De onderzoekers wijzen er echter op dat deze zogenaamde moleculaire fotografie slechts een zeer klein begin is in een lang proces.

Voor de opslag werd gebruik gemaakt van elektromagnetische pulsen met 1024 verschillende frequenties uit het gebied rond de 400MHz. De pulsen werden door de moleculen gezonden met ofwel een amplitude, gelijk aan de bitwaarde 1, ofwel geen amplitude, gelijk aan de bitwaarde 0. Hierdoor ontstond een molecuul met 1024 bits aan informatie. Door de frequenties iets te veranderen en weer pulsen door de molecuul te zenden konden aan de hand van magnetische-resonantiemetingen de opgeslagen bits ingelezen worden.

Reacties (46)

[Bufiku]

Voordat iedereen Woei en zo gaat roepen: De gebruikte techniek om de informatie te lezen is NMR (in de medische wereld bekend onder MRI). Geweldig mooie techniek, maakt gebruik van hele sterke magneten (bij meten op 400 MHz zijn in de orde van groote van eentiende tot enkele Tesla.) Nu is het jammer dat die machines door de magneten (gemaakt mbv supergeleidening, en daarom meestal ook flink gekoeld met vloeibaar helium of stikstof) erg duur zijn: reken op een half tot enkele miljoenen voor zo'n NMR meetapparaat. Is wel duur voor een harde schijf.

Nog een beperking in de huidige opstelling: De informatie-opslag is gebaseerd op de verschillen in de richting van het eigen magneetveld van de waterstof-atomen. Elk waterstof atoom heeft een eigen magneetveld (vergelijk dit met een winvaantje in de wind). Dit magneetveld (het windvaantje) kan óf met het externe magneetveld (de wind) mee staan, óf precies tegen het externe magneetveld (de wind) in staan. Een optie ertussenin is niet mogelijk (vergelijk met de wind, die zal direct het vaantje naar een van de twee opties duwen).

Nu is de energie die normaal nodig is om van de ene naar de andere situatie te komen zodanig klein in het aardse magneet veld dat dit willekeurig altijd kan gebeuren. Pas als het externe magneetveld zodanig wordt vergroot als in een NMR machine wordt de energie zo hoog dat dit omslaan niet meer spontaan gebeurt.

Dus de informatie blijft alleen bewaard zolang de informatie drager in dit externe zeer sterke magneetveld blijft. Zo'n NMR-machine waar tegenwoordig deze sterke magneetvelden worden gemaakt zijn niet alleen erg duur, maar ook erg groot (anderhalf bij anderhalf bij een meter), en daarmee niet erg verplaatsbaar. Dus de techniek is er wel maar dit is de komende tijd absoluut nog niet bruikbaar op normale schaal.

BTW hier is het abstract en de link naar het oorspronkelijke artikel te vinden.

[Rhino]

Wat moet ik mij voorstellen bij een "vloeibaar kristal"? Is het niet juist zo dat kristallen kristallen zijn bij de gratie van het patroon waarin de molekulen gerangschikt zijn als de stof in vaste vorm is?

Water is toch ook pas in kristalvorm als het ijs geworden is (een ijskristal)?

[WhiskyPhreak]

Als kristallen vast zijn de molekulen heel erg geordend, ze liggen allemaal in de zelfde richting. Bij een vloeistof, hebben de molekulen geen vast orientatie, maar kunnen ze vrij in het rond draaien. Bij sommige kristallen (vloeibare krsitallen) is er tussen de bovengenoemde toestanden nog een reeks van tussentoestanden.
In die tussentoestanden hebben de moleculen nog wel enige bewegingsvrijheid, maar gemiddeld wijzen ze allemaal wel dezelfde kant op. Nu is het mogelijk om met behulp van bijv een magnetisch veld deze richting te bepalen, en op deze manier kun je informatie opslaan (hoe dit opslaan gaat weet ik verder niet)
En het zou best kunnen kloppen dat bij LCD de kristallen in een vloeistof zitten, maar de 'L' komt dus niet van die vloeistof, maar van het soort kristallen dat de tussentoestanden kan aannemen.

[Anoniem: 21486]

Precies, je hebt helemaal gelijk. Kleine toevoeging: Die polymeren waar die vloeibaar kristallijne fase uit bestaat, zijn opgerold in een helix structuur (zelfde idee als DNA, alleen een beetje minder complex). Die fase waar WhiskyPhreakhet over heeft heet btw de cholesterische mesofase . De andere twee mogelijke fasen heten smektische en nematische mesofasen. In deze fasen hebben de polymeren in de vloeistof nog meer bewegingsvrijheid, waardoor er geen vloeibaar kristallijne fase kan ontstaan maar eerder een amorfe fase. (o wat is chemie toch leuk )

[WhiskyPhreak]

Mooie kleurtjes krijg je te zien bij de overgangen van die fasen ^_^
Magoed Count Grishnackh heeft helemaal gelijk, ik wilde er effe niet zover op ingaan. Best grappig om zelf van die dingen te maken ja.

[ATS]

Je bent vast wel bekend met LCD schermpjes? Die LCD staat ook voor Liquid Crystal Display... Zo raar is het dus niet.

[Rhino]

Bij LCD zijn kristallen opgelost in een vloeistof, ik neem aan dat ze het hier ook zo bedoelen.
Een beetje slordigjes geformuleerd dus

[Swinnio]

Klinkt interessant, hoewel de toepassing vooralsnog behoorlijk beperkt is. Van een afbeelding is ook niet echt te spreken, maar dat zal een kwestie van tijd zijn. Het zal misschien pas interessant worden wanneer meerdere moleculen met elkaar gecombineerd kunnen worden. Vraag me alleen af hoe snel die bits uitgelezen kunnen worden.

Overigens lijkt molecule me geen Nederlands woord.
/edit:mbvisiontt, je hebt gelijk, heb het even opgezocht

[mbvisiontt]

Molecule is wel een nederlands woord, het staat gewoon in het woordenboek met als alternatief 'molekuul' erbij.

[Balkz]

klopt, molecule is engels

-> het is molecuul of molekuul...

[Kjev]

Hij klopt misschien wel, maar 'molecuul' is in onze taal gangbaarder. Ik heb hem dan ook even aangepast .

-Kevin, corrector namens Harold

[oZy]

Wanneer gaan ze nou eens één van AL die nieuwe opslag / RAM technieken uitwerken tot een bruikbaar iets?

Als je al die berichten moet geloven kan je straks de luier van je oma nog gebruiken voor opslagruimte (mits er nog plek is )

[typhon]

Dit is allemaal toekomstmuziek. Ze gaan nu al ontwikkelen en kijken welke mogelijkheden er zijn. Als er later een techniek aan zijn limiet komt kunnen ze de nu uitgevonden techniek gaan toepassen .

Hoe veel atomen zitten er op het oppervlak van een chippie van 2 Cm2 dan? Dan kunnen we vast uitrekenen hoeveel opslag we over 20 jaar hebben .

Zeg het maar, ik heb geen iedee......

Iedereen is al aan het rekenen geslagen zie ik....
Vergeet echter niet dat een chippie een inhoud heeft van ongeveer 0.5 Cm3.

En het moet ook nog uitgelezen kunnen worden, een zo'n hoopje moleculen heb je niets aan. Dat zal ook ruimte innemen. Ik schat iets van 100 Gb per CM3, inclusief uitleesmogelijkheden.

*typhon vraagt zich af of er nog een einstein met wiskundeknobbel rondloopt......dit wordt typhon te ingewikkeld .......

[zeroxcool]

Nou, op 1 suikerkorreltje (1mm3) zitten zo'n 1.000.000 moleculen, omdat het molecuul uit waterstof bestaat, en waterstof de kleinste dichtheid heeft zullen er denk ik nog wel meer moleculen op een kubieke millimeter passen. Enfin, let op .

We nemen als opslag een kristalletje van 1cm3, dat zijn 1.000.000x10^3 moleculen. Er past zo'n 1024bit op 1 molecuul, da's dus 1 byte per molecuul, we hebben geen 1 molecuul, we hebben er 1.000.000x10^3 moleculen.

Dat zijn 1 miljard bytes, dat is dus zo'n 953MB per kubieke centimeter, woei!

[Anoniem: 21849]

Sorry, maar je redenering klopt niethelemaal ....
Het is niet omdat er dus in een ruimte groot genoeg is om 1.000.000x10^3 moleculen aan waterstof te bevatten dat er ook zoveel effectief gebruikt kunnen worden om data op te slaan .... Alle moleculen zullen een bepaalde minimum afstand van mekaar moeten liggen, anders wordt het beschrijven en terug uitlezen ervan onmogelijk omdat dan bij het lezen/schrijven interferrentie zal optreden met de 'buurmoleculen' ... Het is dus zeker niet alleen de densiteit van het gebruike medium die bepaald wat de data-densiteit is maar eerder de gebruikte lees-schrijfmodule (die overgens heel wat moleculen graaot zal zijn ...)

[atomik]

En volgens mij is 1024 bits toch echt wel iets meer dan 1 byte. 1024/8 = 128 bytes.

935 MB*128 komt dan op 119680 MB, ofwel ruim 100GB.

Dit vind ik ook wel wat realistischer, gezien het feit dat een geheugenmodule van 1 GB volgens mij ook een totale chipinhoud van minder dan 1cm3 heeft waardoor je in jouw berekening niet veel winst zou boeken. (Of zelfs verlies)

[Anoniem: 36844]

HAHA, 1.000.000 moleculen yeah right...
1mm3 dus dat is 10.000.000 kubieke micrometer (1 micrometer 10^-6m). Moleculen zijn nog kleiner dan nanometers (10^-9m). Je zit er dus ver, heel ver naast.

[Molybdenum]

nou er zitten wel meer suikermoleculen in een suikerklontje:

een suikerkorrel van 1x1x1 mm^3 weegt (voor het gemak) 1 milligram

1 gram suiker (glucose) bevat: 1/180*6*10^23 moleculen = 3*10^21 moleculen

dus in milligram bevat 3*10^18 moleculen.

toch een factortje 10^15 meer dan die miljoen die je noemde!



veel he?

[Anoniem: 21486]

omdat het molecuul uit waterstof bestaat, en waterstof de kleinste dichtheid heeft zullen er denk ik nog wel meer moleculen op een kubieke millimeter passen

Het "molecuul" waar je het over hebt is een groot polymeer. Veel groter dan sacharose (glucose in suikerklontjes ) Het polymeer bestaat helemaal niet uit waterstof (dus je dichtheid theorie klopt niet), het molecuul bevat waterstof. Die miljoen is inderdaad zwaar onderschat, maar dat is hierboven al uitgelegd.

[Anoniem: 26970]

[ik moet zelf leren rekenen]

[spyro]

Populair gezegd: "A drop of water the size of the period at the end of this sentence would contain 10 trillion water molecules". 'k heb geen zin om het na te rekenen, maar dat onthoud ik altijd.

Geen idee hoe groot het bedoelde molecuul is. In ieder geval heeft het 19 H-atomen. Zal dus een heel stuk groter zijn. 10-trillion is volgens mij 10 macht 17. Laten we zeggen dat het molecuul 10000 maal zo groot is als water. Dan zitten er in een punt nog 10 macht 13 moleculen.

Volgens mij zit ~zerocool er flink naast.

[eamelink]

10-trillion is volgens mij 10 macht 17

10 trillion komt overeen met 10 biljoen.

million = miljoen = 10^6
billion = miljard = 10^9
trillion = biljoen = 10^12

10 trillion = 10^13

[Floor]

Daarvoor werd een molecule van vloeibaar kristal gebruikt met 19 waterstofatomen.

[Overbodig]
Goh, krijgen we dadelijk ontplofbare harde schijven...
Ik denk dat ene Osama B. hier wel interesse in heeft...

Lijkt me niet geschikt voor landen met water tekort...
[/overbodig]

[DuronDude]

wanneer krijgen we eens de moderatiekeuze "idioot" ?

[voodooless]

sinds wanneer zit er alleen in water waterstof

[WhiskyPhreak]

In jouw lichaam zit al een paar kilo aan waterstof atomen. Dus dan zou het volgens jouw redenatie verder ook niet geschikt zijn voor landen met weinig mensen? Of voor landen waar ze geen doodstraf hebben?

[Anoniem: 59362]

Leuk dit, maar waren de onderzoekers ook in staat de gegevens weer te wissen

[Ivo]

Een CD-R kun je ook maar een keer beschrijven en toch is het een erg populair medium.

Of die gegevens te wissen zijn, mogelijkheden zullen er wel zijn/komen als de techniek daadwerkelijk aanslaat. Net zoals de CD-RW later dan de CD-R ten tonele kwam.

[Bufiku]

Leuk dit, maar waren de onderzoekers ook in staat de gegevens weer te wissen

Ik denk dat het probleem eerder zit in het bewaren van de gegevens. Je hebt, volgens mij, een magneetveld nodig van enkele miljoenen malen sterker dan het magneetveld van de aarde om de gegevens te kunnen schrijven/lezen. Zodra je de stof uit dit sterke magneetveld haalt is de vervaltijd vrij kort (de langzaamste halfwaarde-vervaltijd bij mij bekend is enkele seconden, gemiddeld op enkele microseconden)

Wissen is dus vrij simpel, even het magneet veld uit. Overigens leuk detail, de frequentie hier gebruikt om gegevens in te voeren zit dichtbij de normale radiofrequenties volgens mij. Zou iemand dat voor mij kunnen narekenen? Vraag me af wat Radio3 voor beeldje geeft

[Rijkelijk late edit] TROLL? Kan iemand mij uitleggen waarom dit een troll is? [/rijkelijk late edit]

[KnoppenSpook]

digitale foto van 32x32 bits

moet dit niet 32x32 pixels zijn? Met een 1 bit kleuren palet.

[Swinnio]

Dat is in dit geval dus hetzelfde. Een pixel met een kleurdiepte van 1 bit is in feite niets meer dan een bit.

[KnoppenSpook]

ok, dat is waar het is even veel informatie.
Maar ik kan niet echt voorstellen hoe een plaatje eruit moet zien van 32x32 bits van 1x1 pixel

[Anoniem: 27393]

dan heb je voor die ene pixel wel 32 bits kleuren

[Swinnio]

Dat is toch niet zo moeilijk? Dat is gewoon een plaatje van 32*32 pixels, waarbij elke pixel zwart of wit is. Dat kun je natuurlijk niet echt een plaatje noemen, maar is wel wat ze hier bedoelen.

[akoster]

De pulsen werden door de molecule gezonden met ofwel een amplitude, gelijk aan de bitwaarde 1, ofwel geen amplitude, gelijk aan de bitwaarde 0

wordt hier niet bedoeld dat de puls bestaat uit de som van de 1024 frequenties, ieder met een amplitude van 1 danwel 0, zodat een soort fourier transformatie plaatsvindt ?

of waren er 1024 pulsen van een bepaalde golflengte nodig om informatie op te slaan ?

edit:

Aha, lees net dat er idd per golflengte wel of geen amplitude ingesteld werd. Wel lastig om precies de goede golflengtes te vinden...

Waarschijnlijk is een eenmaal ingesteld bitpatroon ook maar een maal uit te lezen

[Bufiku]

Wel lastig om precies de goede golflengtes te vinden...

Dat valt wel mee. Door het onzekerheidsprincipe uit de quantum mechanica (was-t-ie niet van Schrödinger?) kun je een heel kortdurende puls geven, waarmee de golflengte niet zeker kan zijn, en je dus min of meer een groep golflengten aanbiedt. Je moet je puls dus kort genoeg houden, dan bied je in één keer alle golflengten aan. De deeltjes zijn dan zelf eigenwijs genoeg om alleen hun eigen golflengte op te pikken.

edit:
Lucan, je hebt gelijk. Ik was in de war met Schrödingers kat.

[Anoniem: 27764]

Was het niet de onzekerheidsrelatie van Heisenberg?
Kan zijn dat dit weer een klokl-klepel reactie is hoor, 't is m'n vakgebied niet.

[Mr. Bean]

Hierdoor ontstond een molecule met 1024 bits, of 1KB, aan informatie.

1024 bit = 1Kb = 0.125 kB

Kb = kilo bit (1024 bit)
KB = kilo byte (1024 byte)

[Anoniem: 44103]

Ik denk dat dit een foutje is in de vertaling, want in het originele artikel wordt er gesproken over een minimum opslag van 1024 bits .
"can store at least 1024 bits of information"

Als ik dit lees begrijp ik toch helemaal iets anders dan wanneer ik lees: "Hierdoor ontstond een molecule met 1024 bits, of 1KB, aan informatie"

PS: Ik erger me ook altijd als ik voor de zoveelste keer moet uitleggen dat 100Mb/s niet hetzelfde is als 100MB/s maar dat hier een factor 8 verschil tussen is.

[Anoniem: 66422]

een kilobit is toch wel gewoon 1000bit?
in elk geval geldt dat voor transfer snelheden wel. die moet je dus ook altijd omrekenen naar bits voor je er bytes van maakt. ik weet niet wat ze precies bedoelden, maar het wordt er niet duidelijker op als de opslagcapaciteit in -kilo-bits worden opgegeven.
dus 100mbit/s != 100/8 mbyte/s (12,5MB/s) maar
(100*1000*1000)/(8*1024*1024)=11,9MB/s
tenzij je mega hier wilt refereren naar de transfersnelheid en niet gedownloade size.
Let op het verschil in de uitspraken 'overdrachtsnelheid' en 'hoeveel data sla ik op per seconde'.
beetje off-topic, maar voor de duidelijkheid niet minder relevant.
Erg verwarrend allemaal maar de vuistregel is: *
Kilo = 1024 bij opslagkapaciteit
Kilo = 1000 bij transfersnelheid.
* bron: W. Stallings, Business Data Communications, 2001

[itris]

hee, da's leuk, als we dit nou eens met deeltjes van atomen gaan doen, zoals qubits, en je dan aan de spin de bits af kan lezen.. da's 2 bits per qubit (4 spin richtingen), en bij de groote atomen enkele tientallen atomen, dus per atoom bijv 100 bits opslaan

whoa!

*droomt verder*