پژوهشگران دانشگاه فناوری وین با همکاری یک شرکت فعال در حوزه ذخیرهسازی داده، موفق شدند کیوآرکدی بسازند که تنها با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده است؛ رکوردی شگفتانگیز که نهتنها در کتاب رکوردهای جهانی گینس ثبت شد، بلکه چشماندازی تازه برای ذخیرهسازی پایدار دادهها در مقیاس قرنها گشود.
طراحی کوچکترین QR code جهان در ابعاد یک باکتری؛ ثبت رسمی در گینس
این پرسش که «یک کیوآرکد تا چه اندازه میتواند کوچک باشد؟» اکنون پاسخی قطعی یافته است. تیمی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی وین (TU Wien) با همکاری شرکت سرابایت (Cerabyte) موفق شدند کوچکترین کیوآرکد جهان را تولید کنند؛ ساختاری که تنها ۱.۹۸ میکرومتر مربع مساحت دارد و از بسیاری از باکتریها نیز کوچکتر است. این دستاورد بهتازگی از سوی کتاب رکوردهای جهانی گینس (Guinness World Records) تأیید و بهطور رسمی ثبت شده است.
این کیوآرکد آنچنان ظریف و ریزمقیاس است که با میکروسکوپهای نوری بههیچوجه دیده نمیشود و تنها با بهرهگیری از میکروسکوپ الکترونی میتوان آن را مشاهده و خوانش کرد. با این حال، اهمیت این دستاورد صرفاً در شکستن یک رکورد جهانی خلاصه نمیشود؛ بلکه فناوری بهکاررفته در ساخت آن، ظرفیتهای گستردهای برای ذخیرهسازی بلندمدت دادهها فراهم میآورد.
سامانههای متداول ذخیرهسازی مغناطیسی یا الکترونیکی، اغلب عمر محدودی دارند و دادهها را تنها برای چند سال حفظ میکنند. در مقابل، اگر اطلاعات بهصورت بیتبهبیت در مواد سرامیکی حک شوند، میتوانند برای قرنها و حتی هزارهها پایدار بمانند. این همان رویکردی است که تیم پژوهشی وین دنبال کرده است: پیوند فناوری نانو با مواد فوقپایدار برای خلق حافظهای ماندگار.
پروفسور پاول مایرهوفر از مؤسسه علم و فناوری مواد این دانشگاه اعلام کرد ساختار ایجادشده چنان ظریف است که اصولاً در گستره نور مرئی قابل تشخیص نیست. با این حال، او تأکید کرد که کوچکبودن بهتنهایی کافی نیست؛ زیرا در مقیاس اتمی نیز میتوان الگوهایی ایجاد کرد، اما پایداری و قابلیت خوانش مکرر، چالش اصلی به شمار میرود. اتمها میتوانند جابهجا شوند، در فضاهای خالی نفوذ کنند و در نهایت اطلاعات ذخیرهشده را از میان ببرند.
به گفته این پژوهشگر، تفاوت بنیادین کار آنها در ایجاد ساختاری بسیار کوچک اما پایدار و قابل خواندن در دفعات متعدد است؛ ساختاری که نهتنها ظریف، بلکه در برابر گذر زمان مقاوم است.
کلید موفقیت این پروژه در انتخاب ماده مناسب نهفته است. اروین پک و بالینت هاجاس، از اعضای اصلی تیم، توضیح دادند که تمرکز پژوهش آنها بر لایههای نازک سرامیکی است؛ موادی که برای پوشش ابزارهای برش با کارایی بالا استفاده میشوند و باید در شرایطی بسیار سخت و دماهای بالا، پایداری خود را حفظ کنند. همین ویژگیها این مواد را به گزینهای ایدهآل برای ذخیرهسازی داده بدل کرده است.
پژوهشگران با استفاده از پرتوهای یونی متمرکز، کیوآرکد را درون یک لایه نازک سرامیکی حک کردند. اندازه هر پیکسل این کد تنها ۴۹ نانومتر است؛ یعنی حدود ده برابر کوچکتر از طول موج نور مرئی. از این رو، جزئیات آن با نور معمولی قابل تفکیک نیست؛ همانگونه که نمیتوان با کفی ضخیم پای یک فیل، برجستگیهای خط بریل را لمس کرد. اما زیر میکروسکوپ الکترونی، این کد بهطور کامل و قابلاعتماد خوانده شد.
چگالی ذخیرهسازی این روش چشمگیر است. بر سطحی معادل یک برگ کاغذ آ چهار (A4)، میتوان بیش از دو ترابایت داده ذخیره کرد؛ آنهم بدون نیاز به تأمین انرژی مداوم یا سامانههای خنککننده. برخلاف مراکز داده امروزی که مصرف عظیم برق دارند و سهم قابلتوجهی در انتشار دیاکسیدکربن ایفا میکنند، این حاملهای سرامیکی پس از نگارش داده، برای حفظ اطلاعات نیازی به انرژی ندارند.
الکساندر کیرنباوئر از اعضای تیم پژوهشی تأکید کرد که بشر در عصر اطلاعات زندگی میکند، اما دانش خود را بر بسترهایی ذخیره میکند که عمرشان شگفتآور کوتاه است. در مقابل، تمدنهای باستانی دانش خود را بر سنگ حک میکردند و همان نوشتهها پس از هزاران سال همچنان خواندنی است. به گفته او، رسانههای ذخیرهسازی سرامیکی رویکردی مشابه را دنبال میکنند: ثبت اطلاعات در مواد پایدار و خنثی که گذر زمان را تاب میآورند.
رکورد جهانی این کیوآرکد، همراه با فرایند خوانش آن با میکروسکوپ الکترونی، با حضور شاهدان انجام شد و دانشگاه وین بهعنوان نهاد مستقل، صحت آن را تأیید کرد. همچنین مرکز میکروسکوپ الکترونی یواِستیایاِم (USTEM) این دانشگاه امکانات فنی پیشرفته را برای این آزمایش فراهم آورد. کیوآرکد تازه ثبتشده تنها ۳۷ درصد اندازه رکورددار پیشین است.
پژوهشگران اعلام کردهاند این موفقیت تنها آغاز راه است. آنها قصد دارند از مواد دیگر نیز بهره بگیرند، سرعت نگارش داده را افزایش دهند و فرایندهای تولید مقیاسپذیر طراحی کنند تا ذخیرهسازی سرامیکی از آزمایشگاهها به صنعت راه یابد. افزون بر این، هدف بعدی، نگارش ساختارهای دادهای پیچیدهتر از یک کیوآرکد ساده در لایههای نازک سرامیکی است؛ آنهم بهگونهای سریع، مقاوم و کممصرف. این دستاورد میتواند گامی عملی بهسوی آیندهای سازگارتر با اقلیم باشد؛ آیندهای که در آن، اطلاعات بشر نهتنها امن و ماندگار، بلکه با کمترین مصرف انرژی ذخیره میشود.
