How we can store digital data in DNA | Dina Zielinski

번역: Hyewon Son 검토: JY Kang

I could fit all movies ever made inside of this tube.

저는 지금껏 만들어진 모든 영화를 이 시험관에 넣을 수 있습니다.

If you can't see it, that's kind of the point.

여러분이 볼 수 없다는 것. 바로 그게 문제죠.

(Laughter)

(웃음)

Before we understand how this is possible,

이것이 어떻게 가능한지 알기 전에

it's important to understand the value of this feat.

이 업적의 가치를 이해하는 것이 중요합니다.

All of our thoughts and actions these days,

오늘날 우리의 모든 생각과 행동들

through photos and videos --

사진과 영상

even our fitness activities --

심지어 신체활동까지

are stored as digital data.

모든 게 디지털 데이터로 저장됩니다.

Aside from running out of space

우리 핸드폰 용량이 부족하다는 것 말고는

on our phones,

we rarely think about our digital footprint.

그 디지털 발자취에 대해서는 별로 생각하지 않죠.

But humanity has collectively generated more data

하지만 지난 몇 년간 우리 인류는 더 많은 데이터를 생산하고 있습니다.

in the last few years

than all of preceding human history.

이전의 모든 인류 역사가 생산한 양에 비해서 말이죠.

Big data has become a big problem.

많은 데이터는 큰 문젯거리가 되었습니다.

Digital storage is really expensive,

디지털 저장장치는 매우 비싸고

and none of these devices that we have really stand the test of time.

이 장치들 중 어느 것도 세월이 지나도 건재하지 않습니다.

There's this nonprofit website called the Internet Archive.

여기 인터넷 아카이브라는 비영리 웹사이트가 있습니다.

In addition to free books and movies,

무료 책과 영화는 물론이고

you can access web pages as far back as 1996.

1996년부터의 웹페이지 기록을 볼 수 있는 사이트입니다.

Now, this is very tempting,

정말 솔깃하지요.

but I decided to go back and look at the TED website's very humble beginnings.

그래서 저는 TED 홈페이지의 초라한 시작점을 돌아보고 싶었습니다.

As you can see, it's changed quite a bit in the last 30 years.

보시는 것처럼 지난 30년간 꽤 많이 변모했습니다.

So this led me to the first-ever TED,

이를 통해 최초의 TED를 접할 수 있었어요.

back in 1984,

1984년으로 돌아가봤죠.

and it just so happened to be a Sony executive

마침 소니 경영진의 강연을 보게 됐고

explaining how a compact disk works.

그는 CD가 어떻게 작동하는지 설명하고 있었습니다.

(Laughter)

(웃음)

Now, it's really incredible to be able to go back in time

과거로 돌아갈 수 있다는 것은 정말 놀랍습니다.

and access this moment.

그 순간을 접할 수 있다는 것도 말이죠.

It's also really fascinating that after 30 years, after that first TED,

정말 흥미로운 점은

최초의 TED 이후에 30년이 지난 지금도

we're still talking about digital storage.

여전히 디지털 저장장치에 대해 이야기하고 있다는 것입니다.

Now, if we look back another 30 years,

이제 30년을 더 되돌아 가보면

IBM released the first-ever hard drive

IBM이 최초의 하드 드라이브를 출시했습니다.

back in 1956.

1956년의 일이죠.

Here it is being loaded for shipping in front of a small audience.

이것은 몇몇 사람들 앞에서 그 장치를 배에 싣고 있는 모습입니다.

It held the equivalent of one MP3 song

이 장치에는 MP3 파일 하나를 저장할 수 있었고

and weighed over one ton.

무게는 1톤이 넘었습니다.

At 10,000 dollars a megabyte,

1 메가 바이트당 비용이 10,000 달러였죠.

I don't think anyone in this room would be interested in buying this thing,

여기 계시는 그 누구도 이걸 사려고 하실 분은 없을 거예요.

except maybe as a collector's item.

수집 목적이 아니고서 말이죠.

But it's the best we could do at the time.

하지만 당시에는 이것이 최선이었습니다.

We've come such a long way in data storage.

우리는 데이터 저장장치 분야에서 긴 여정을 거쳐왔습니다.

Devices have evolved dramatically.

장치들은 급격하게 발전했죠.

But all media eventually wear out or become obsolete.

하지만 모든 저장수단은 결국 소멸하거나 쓸모없게 됩니다.

If someone handed you a floppy drive today to back up your presentation,

만약 오늘 누군가 발표자료를 저장하라고 여러분에게 플로피 디스크를 건넸다면

you'd probably look at them kind of strange, maybe laugh,

그를 이상한 눈으로 봤을 거예요. 혹은 비웃었을지도 모르죠.

but you'd have no way to use the damn thing.

게다가 그 고물을 쓸 방법도 없어요.

These devices can no longer meet our storage needs,

이 저장장치는 우리의 저장 수요를 더이상 충족할 수 없습니다.

although some of them can be repurposed.

다른 용도로 쓸 수는 있겠네요.

All technology eventually dies or is lost,

모든 기술은 결국 사라지거나 소실됩니다.

along with our data,

정보는 물론이고

all of our memories.

우리 기억도 마찬가지죠.

There's this illusion that the storage problem has been solved,

저장 문제가 해결되었다고 착각하기도 합니다.

but really, we all just externalize it.

하지만 표면적으로는 그렇게 보일 뿐입니다.

We don't worry about storing our emails and our photos.

이메일이나 사진을 저장하는 건 걱정거리가 아닙니다.

They're just in the cloud.

클라우드 안에 다 있으니까요.

But behind the scenes, storage is problematic.

하지만 그 이면에는 저장 방법에 문제가 있습니다.

After all, the cloud is just a lot of hard drives.

결국, 클라우드도 그저 많은 하드 드라이브일 뿐이니까요.

Now, most digital data, we could argue, is not really critical.

자, 대부분의 데이터는 그리 중요하지 않다고 주장할 수도 있습니다.

Surely, we could just delete it.

그런 것들은 그냥 삭제하면 되겠죠.

But how can we really know what's important today?

하지만 지금 무엇이 중요한지 어떻게 알 수 있을까요?

We've learned so much about human history

우리는 인류 역사에서 정말 많은 것을 배웠습니다.

from drawings and writings in caves,

동굴 안의 벽화와 글

from stone tablets.

석판에서 말이죠.

We've deciphered languages from the Rosetta Stone.

우리는 로제타 석판의 언어를 해독하기도 했습니다.

You know, we'll never really have the whole story, though.

하지만 그 전체 이야기를 알 수는 없을 것입니다.

Our data is our story,

우리의 데이터는 우리의 이야기입니다.

even more so today.

심지어 오늘날에는 더욱 그렇죠.

We won't have our record recorded on stone tablets.

이제는 우리에 대한 기록을 석판에 새기지 않습니다.

But we don't have to choose what is important now.

그러나 이제 무엇이 중요한지 선택하지 않아도 됩니다.

There's a way to store it all.

모든 걸 저장할 방법이 있으니까요.

It turns out that there's a solution that's been around

알고보니 해결책이 이미 우리 주위에 있었습니다.

for a few billion years,

수십억 년 전부터 말이죠.

and it's actually in this tube.

그리고 그게 이 시험관 안에 있습니다.

DNA is nature's oldest storage device.

DNA는 자연의 가장 오래된 저장장치입니다.

After all, it contains all the information necessary

여기에는 모든 정보가 담겨 있습니다.

우리 인간을 만들고 유지하는 데 필요한 모든 정보가 들어있죠.

to build and maintain a human being.

But what makes DNA so great?

DNA가 어떻게 그렇게 대단한 일을 할 수 있을까요?

Well, let's take our own genome

우리 인간의 게놈을 예를 들어보죠.

as an example.

If we were to print out all three billion A's, T's, C's and G's

30억 개의 A, T, C, G를 출력한다고 생각해보세요.

on a standard font, standard format,

기본 글꼴, 기본 서식으로요.

and then we were to stack all of those papers,

그렇게 출력된 종이를 모두 쌓으면

it would be about 130 meters high,

높이가 130m 쯤 될 것입니다.

somewhere between the Statue of Liberty and the Washington Monument.

자유의 여신상과 워싱턴 기념비의 중간 정도가 되겠군요.

Now, if we converted all those A's, T's, C's and G's

이제, 모든 A, T, C, G를 디지털 형태인 0과 1로 바꾼다면

to digital data, to zeroes and ones,

it would total a few gigs.

총 몇 기가 바이트가 될 것입니다.

And that's in each cell of our body.

바로 그게 우리 몸의 각 세포에 들어 있는 것이죠.

We have more than 30 trillion cells.

우리 몸에는 30조개가 넘는 세포가 있습니다.

You get the idea:

한번 생각해보세요.

DNA can store a ton of information in a minuscule space.

DNA는 엄청난 양의 정보를 아주 작은 공간에 저장할 수 있습니다.

DNA is also very durable,

DNA는 튼튼할 뿐만 아니라

and it doesn't even require electricity to store it.

저장하는 데에 전기조차도 필요하지 않습니다.

We know this because scientists have recovered DNA from ancient humans

과학자들이 고대인류의 DNA를 복원했기에 이 사실을 알아냈습니다.

that lived hundreds of thousands of years ago.

수십만 년전에 살았던 고대인류죠.

One of those is Ötzi the Iceman.

그 중 하나가 아이스맨 "외치"입니다.

Turns out, he's Austrian.

그는 오스트리아인으로 밝혀졌죠.

(Laughter)

(웃음)

He was found high, well-preserved,

이탈리아와 오스트리아 사이의 산에서 매우 잘 보존된 상태로 발견되었습니다.

in the mountains between Italy and Austria,

and it turns out that he has living genetic relatives here in Austria today.

그의 유전적 친척이 오늘날 여기 오스트리아에 산다는 것도 밝혀졌습니다.

So one of you could be a cousin of Ötzi.

그러니까 여러분 중 누군가는 외치의 사촌일 수도 있는 것이죠.

(Laughter)

(웃음)

The point is that we have a better chance of recovering information

핵심은 고대 인류로부터 정보를 복구할 수 있었다는 사실입니다.

from an ancient human

than we do from an old phone.

오래된 핸드폰보다 더 낫죠.

It's also much less likely that we'll lose the ability to read DNA

DNA를 읽어낼 방법이 없어질 가능성 또한 적습니다.

than any single man-made device.

인간이 만든 그 어떤 저장장치에 비해서 말이죠.

Every single new storage format requires a new way to read it.

모든 새로운 저장 형식은 새로운 방법으로 읽어야 합니다.

We'll always be able to read DNA.

DNA는 언제든 읽을 수 있죠.

If we can no longer sequence, we have bigger problems

만약 그걸 해독할 수 없게 된다면 더 큰 문제가 될 것입니다.

than worrying about data storage.

데이터 저장장치 자체를 염려하는 것 이상으로요.

Storing data on DNA is not new.

DNA에 데이터를 저장하는 것은 새롭지 않습니다.

Nature's been doing it for several billion years.

자연이 수십억 년간 해온 일이니까요.

In fact, every living thing is a DNA storage device.

실제로, 모든 생물은 DNA 저장장치입니다.

But how do we store data on DNA?

하지만 어떻게 DNA에 데이터를 저장할 수 있을까요?

This is Photo 51.

51번 사진입니다.

It's the first-ever photo of DNA,

DNA를 찍은 최초의 사진이죠.

taken about 60 years ago.

60년 전에 찍은 것입니다.

This is around the time that that same hard drive was released by IBM.

IBM이 하드 드라이브를 출시할 때와 비슷한 시기죠.

So really, our understanding of digital storage and of DNA have coevolved.

디지털 저장장치와 DNA에 대한 이해가 동시에 발전한 것입니다.

We first learned to sequence, or read DNA,

우리는 DNA의 염기서열을 밝히고 그걸 해독하는 법을 먼저 알아냈습니다.

and very soon after, how to write it,

그 다음에는 정보가 어떻게 기록되고 또는 어떻게 합성하는지 알아냈죠.

or synthesize it.

This is much like how we learn a new language.

이것은 새로운 언어를 배우는 과정과 비슷합니다.

And now we have the ability to read, write and copy DNA.

이제 우리는 DNA를 읽고, 쓰고, 복제할 수 있습니다.

We do it in the lab all the time.

연구실에서 늘 이런 일을 하죠.

So anything, really anything, that can be stored as zeroes and ones

그러니까 무엇이든

0과 1로 저장 가능한 정말로 그 어떤 것도

can be stored in DNA.

DNA에 저장할 수 있습니다.

To store something digitally, like this photo,

무언가를 이 사진처럼 디지털 방식으로 저장하려면

we convert it to bits, or binary digits.

그것을 '비트'라고 하는 2진 숫자로 변환해야 합니다.

Each pixel in a black-and-white photo is simply a zero or a one.

흑백 사진의 각 화소는 간단히 0 또는 1이 되죠.

And we can write DNA much like an inkjet printer can print letters on a page.

또한 종이에 글자를 출력하듯이 DNA에 정보를 쓸 수도 있습니다.

We just have to convert our data, all of those zeroes and ones,

그러려먼 먼저 데이터를 변환해야 하죠.

0과 1로 되어 있는 것을 A, T, C, 그리고 G로 바꾸어

to A's, T's, C's and G's,

and then we send this to a synthesis company.

DNA 합성 업체로 보냅니다.

So we write it, we can store it,

그러면 그걸 DNA에 기록해서 저장할 수 있습니다.

and when we want to recover our data, we just sequence it.

데이터를 복구하고 싶을 때는 염기서열을 해독하면 되고요.

Now, the fun part of all of this is deciding what files to include.

이제 가장 흥미로운 부분은 어떤 파일을 담느냐는 것입니다.

We're serious scientists, so we had to include a manuscript

우리는 진지한 과학자이니까 우선 논문을 담기로 했습니다.

for good posterity.

후손을 위해서요.

We also included a $50 Amazon gift card --

50달러짜리 아마존 상품권도 담았죠.

don't get too excited, it's already been spent, someone decoded it --

해독한 사람이 이미 썼을 테니 너무 흥분하지는 마시고요.

as well as an operating system,

운영체계도 추가하고

one of the first movies ever made

최초로 만들어진 영화도 담고

and a Pioneer plaque.

파이어니어 금속판도 담았습니다.

Some of you might have seen this.

그걸 보신 분도 계실 텐데요.

It has a depiction of a typical -- apparently -- male and female,

남성과 여성의 전형적인 외모가 묘사되어 있고

and our approximate location in the Solar System,

태양계에서 우리의 대략적 위치도 기록되어 있습니다.

in case the Pioneer spacecraft ever encounters extraterrestrials.

파이오니어 우주선이 외계인과 마주칠 때를 대비해서 말이죠.

So once we decided what sort of files we want to encode,

그러니까 어떤 파일을 암호화할지 정하고

we package up the data,

데이터를 정리해서

convert those zeroes and ones to A's, T's, C's and G's,

0과 1을 A, T, C, G로 변환한 뒤에

and then we just send this file off to a synthesis company.

DNA 합성 업체로 그 파일을 보냈습니다.

And this is what we got back.

그리고 이것을 돌려받았죠.

Our files were in this tube.

우리가 보낸 파일들이 이 시험관에 담겨 있습니다.

All we had to do was sequence it.

우리가 이걸 해독하기만 하면 되죠.

This all sounds pretty straightforward,

이게 정말 간단한 것 같지만

but the difference between a really cool, fun idea

정말로 멋지고 재밌는 아이디어와

and something we can actually use

실제로 활용할 수 있는 것의 차이점은

is overcoming these practical challenges.

여러 현실적인 어려움을 극복해야 한다는 것입니다.

Now, while DNA is more robust than any man-made device,

DNA가 어느 장치보다 견고하다 해도

it's not perfect.

완벽하지는 않습니다.

It does have some weaknesses.

몇 가지 약점이 있지요.

We recover our message by sequencing the DNA,

DNA를 해독해서 메시지를 복구하고

and every time data is retrieved,

데이터를 검색할 때마다

we lose the DNA.

DNA는 사라집니다.

That's just part of the sequencing process.

단지 해독하는 과정에서 말이죠.

We don't want to run out of data,

우리는 데이터가 없어지는 것은 원하지 않아요.

but luckily, there's a way to copy the DNA

하지만 다행히도, DNA를 복제하는 방법이 있습니다.

that's even cheaper and easier than synthesizing it.

DNA를 합성하는 것보다 싸고 쉬운 방법이에요.

We actually tested a way to make 200 trillion copies of our files,

실제로 파일을 200조 개 복제하는 방법을 시험해보았더니

and we recovered all the data without error.

오류 없이 모든 데이터를 복구할 수 있었습니다.

So sequencing also introduces errors into our DNA,

그런데 해독하는 과정에서도 DNA에 오류가 생기기도 합니다.

into the A's, T's, C's and G's.

A, T, C, G에 말이죠.

Nature has a way to deal with this in our cells.

자연의 세포는 이 문제를 해결할 방법을 갖고 있지만

But our data is stored in synthetic DNA in a tube,

우리 자료는 시험관 속의 합성 DNA에 저장되어 있죠.

so we had to find our own way to overcome this problem.

그래서 이 문제를 극복할 방법을 찾아야 했습니다.

We decided to use an algorithm that was used to stream videos.

우리는 인터넷으로 영상을 볼 때 쓰는 알고리즘을 쓰기로 했습니다.

When you're streaming a video,

인터넷으로 동영상을 볼 때

you're essentially trying to recover the original video, the original file.

여러분은 영상 및 파일 원본을 복구하려고 합니다.

When we're trying to recover our original files,

우리가 파일 원본을 복구하고자 하면

we're simply sequencing.

단순히 해독하기만 하면 됩니다.

But really, both of these processes are about recovering enough zeroes and ones

그러나 사실, 이 두 과정은 0과 1을 복구하는 것에 지나지 않습니다.

to put our data back together.

자료를 다시 통합하기 위해서요.

And so, because of our coding strategy,

그래서 우리가 만든 암호화 기법을 통해서

we were able to package up all of our data

모든 자료를 하나로 통합했습니다.

in a way that allowed us to make millions and trillions of copies

수많은 복제품을 만들었을 때와 같은 방식으로 말이죠.

and still always recover all of our files back.

그러면 항상 모든 자료를 복구할 수 있습니다.

This is the movie we encoded.

이건 우리가 암호화한 영화입니다.

It's one of the first movies ever made,

최초로 만들어진 영화 중 하나죠.

and now the first to be copied more than 200 trillion times on DNA.

처음 만든 파일이 200조 번 넘게 DNA에 복제될 것입니다.

Soon after our work was published,

이 연구 업적이 발표된 직후

we participated in an "Ask Me Anything" on the website reddit.

레딧이라는 사이트에서 "뭐든지 물어보세요"에 참여했는데요.

If you're a fellow nerd, you're very familiar with this website.

저희 같은 마니아분들은 어떤 사이트인지 잘 아실 거예요.

Most questions were thoughtful.

질문 대부분이 조심스러웠죠.

Some were comical.

재밌는 질문도 있었고요.

For example, one user wanted to know when we would have a literal thumb drive.

예를 들어, 한 사용자가 물었죠. 실제 엄지 드라이브는 언제 나오는지요.

Now, the thing is,

있는 그대로 말씀드리면

our DNA already stores everything needed to make us who we are.

DNA는 우리를 구성하는 모든 것을 저장합니다.

It's a lot safer to store data on DNA

데이터를 DNA에 저장하는 것이 훨씬 안전합니다.

in synthetic DNA in a tube.

이 시험관의 합성 DNA에 말이죠.

Writing and reading data from DNA is obviously a lot more time-consuming

DNA에 데이터를 쓰고 읽는 건 명백히 시간이 많이 걸립니다.

than just saving all your files on a hard drive --

하드 디스크에 파일을 저장하는 것에 비해서요.

for now.

지금은 그렇죠.

So initially, we should focus on long-term storage.

그래서 처음부터 장기간 저장에 초점을 두었습니다.

Most data are ephemeral.

대부분의 데이터는 일시적입니다.

It's really hard to grasp what's important today,

무엇이 중요한지 지금은 파악하기 힘듭니다.

or what will be important for future generations.

미래 세대에 무엇이 중요할지도요.

But the point is, we don't have to decide today.

그러나 핵심은, 오늘 결정하지 않아도 된다는 것입니다.

There's this great program by UNESCO called the "Memory of the World" program.

여기 "세계기록유산"이라는 유네스코의 훌륭한 프로그램이 있습니다.

It's been created to preserve historical materials

역사적 자료를 보존하고자 만든 프로그램이죠.

that are considered of value to all of humanity.

모든 인류에게 가치있다고 여겨지는 자료 말입니다.

Items are nominated to be added to the collection,

그 대상에 여러 가지가 추천되었습니다.

including that film that we encoded.

우리가 암호화한 그 영화를 포함해서요.

While a wonderful way to preserve human heritage,

인류의 문화 유산을 보존하자는 멋진 일을 하면서

it doesn't have to be a choice.

그 대상을 선택할 필요는 없습니다.

Instead of asking the current generation -- us --

현 세대의 우리에게 물을 것이 아니라

what might be important in the future,

미래에 무엇이 중요할지를 봐야죠.

we could store everything in DNA.

DNA에 모든 것을 저장하면 됩니다.

Storage is not just about how many bytes

저장은 단순히 용량이 문제가 아니라

but how well we can actually store the data and recover it.

데이터를 실제로 어떻게 잘 저장하고 복구할 수 있는지가 중요합니다.

There's always been this tension between how much data we can generate

얼마나 많은 데이터가 생산되는지 그에 대한 갈등은 늘 있었습니다.

and how much we can recover

얼마나 복구할 수 있는지

and how much we can store.

얼마나 저장할 수 있는지에 대해서도요.

Every advance in writing data has required a new way to read it.

데이터를 기록하는 방식의 발전은 그걸 읽는 새로운 방식도 요구했습니다.

We can no longer read old media.

우리는 더이상 예전의 저장 매체를 읽지 못합니다.

How many of you even have a disk drive in your laptop,

여기 계신 분들 중에 몇 분이나 컴퓨터에 디스크 드라이브가 있을까요?

never mind a floppy drive?

하물며 플로피 드라이브는요?

This will never be the case with DNA.

DNA의 경우에는 이런 일이 일어나지 않을 것입니다.

As long as we're around, DNA is around,

우리가 있는 한 DNA가 있고

and we'll find a way to sequence it.

그것을 해독하는 방법을 찾겠지요.

Archiving the world around us is part of human nature.

세상의 일을 기록, 보관하려는 건 인류의 본성입니다.

This is the progress we've made in digital storage in 60 years,

지난 60년간 디지털 저장장치에 많은 발전이 있었습니다.

at a time when we were only beginning to understand DNA.

같은 기간 동안 우리는 이제 막 DNA를 이해하기 시작했죠.

Yet, we've made similar progress in half that time with DNA sequencers,

하지만 DNA 분석기에 있어서는 30년 만에 비슷한 발전을 거두었습니다.

and as long as we're around, DNA will never be obsolete.

우리가 존재하는 한, DNA가 쓸모없어지지는 않을 것입니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)