SCIENZA E RICERCA

Project Silica: dati salvati su vetro per le future generazioni

Nell’era di internet ogni giorno produciamo quantità enormi di dati, talmente tanti che abbiamo l’illusione che non vi sia un limite all’informazione che scorre sul web. Questa percepita immaterialità però è solo un’illusione. Il mondo digitale è fatto tanto di software quanto di hardware, di infrastrutture colossali ma nascoste, come i data center, o di piccoli dischi rigidi impacchettati sotto la tastiera dei nostri laptop: sono loro che custodiscono la nostra memoria collettiva e distribuita, così come l’impronta del nostro comportamento. Come tutte le cose materiali però, non sono durevoli.

Le memorie a hard disk (HDD) possono durare in media fino a 10 anni, mentre i nastri magnetici (non quelli delle VHS, ma quelli più moderni utilizzati proprio nei data center) possono arrivare fino a 30 anni. Entrambi utilizzano una testina magnetica per apportare minuscole variazioni al substrato (disco rigido o nastro) per codificare in codice binario (liste di 0 e 1) l’informazione che si intende memorizzare.

Il problema è che dopo qualche anno o decina d’anni tendono a perdere il loro magnetismo e con esso se ne va la possibilità di recuperare i dati salvati. Le memorie a stato solido (SSD) oggi montate sui nuovi laptop, pur utilizzando chip elettronici invece di componenti magnetiche, non hanno una durata sostanzialmente più lunga.

Un team di ricerca di Microsoft ha presentato, in un paper pubblicato su Nature, un nuovo sistema pensato per l’immagazzinamento dell’informazione a lungo termine, che può sopravvivere per oltre 10.000 anni anche se sottoposto ad alte temperature. Il supporto su cui vengono salvati i dati è diverso da quello che utilizziamo comunemente nei nostri computer. Il Project Silica, così si chiama l’invenzione, utilizza lastre di vetro borosilicato, lo stesso materiale di cui sono fatte le pirofile che mettiamo in forno.

Dai pixel ai voxel

Al vetro vengono apportate minuscole deformazioni con velocissimi impulsi laser che hanno frequenze nell’ordine dei femtosecondi, ossia una ogni 10-15 secondi. Un simile strumento di precisione può modificare le proprietà del vetro alla scala micro o nano, ossia 10-6 o 10-9 metri, le dimensioni in cui vivono rispettivamente le cellule e gli atomi, nonché l’elettronica moderna.

In questo modo le lastre di vetro diventano unità tridimensionali di immagazzinamento dati. Ogni singola alterazione prende il nome di voxel, l’equivalente tridimensionale del pixel, ossia l’unità bidimensionale dei nostri schermi.

I voxel possono raggiungere densità elevatissime, tanto che un quadrato di vetro di 12 cm, con uno spessore di due millimetri, può contenere l’equivalente di 2 milioni di libri o 5.000 film ad altissima definizione (4,8 TeraByte). Sovrapponendo più strati si formano blocchi di vetro e aumenta la quantità di dati salvati.

I test svolti dai ricercatori hanno mostrato che il vetro ha proprietà tali che lo lascerebbero immutato per migliaia di anni anche se esposto a temperature di 290°C. A temperatura ambiente la sua durata sarebbe maggiore anche di decine o centinaia di volte. “Questa durata nel tempo è radicata nell’inerzia chimica del vetro, che protegge i dati dalle interferenze elettromagnetiche, dall’umidità e dai danni fisici, un po’ come l’ambra preserva gli organismi antichi” scrivono in un commento su Nature Feng Chen e Bo Wu, dello State Key Laboratory of Crystal Materials, della School of Physics della Shandong University di Jinan in Cina. 

Insomma, una volta scritto, il vetro è sostanzialmente immutabile. Ma allo stesso tempo non è neanche sovrascrivibile. Nemmeno leggere i dati è un compito semplice: per estrarre le informazioni, serve un apposito microscopio in grado di leggere gli strati di voxel e rilevare il cambiamento di comportamento della luce quando attraversa le minuscole deformazioni apportate con il laser in ciascun punto. Oltre a questo serve un algoritmo di machine learning per rimuovere il rumore che inevitabilmente proviene dagli strati adiacenti. Anche il costo dell’intera procedura non è compatibile con un uso quotidiano di questa tecnologia, né con un accesso frequente alle informazioni immagazzinate.

Eredità per le future generazioni

Il Project Silica è pensato piuttosto come innovazione per salvare dati che vanno archiviati e recuperati sul lungo termine, nell’ordine di decenni o secoli. È questo il caso per esempio di dati climatici, che vengono registrati anno dopo anno e custoditi per formare un archivio storico che servirà per far funzionare i modelli futuri. Lo stesso vale per i disastri naturali, gli eventi meteorologici estremi, e più in generale per quei database scientifici che rappresentano i cosiddetti cold data (dati freddi), che raramente vengono consultati, ma che vanno gelosamente custoditi. Vale anche per i dati relativi al patrimonio culturale, che non appartiene solo alla generazione presente, ma in egual misura anche a tutte quelle che verranno.

Un’altra dimensione estremamente materiale dei dati salvati è che richiedono un continuo consumo energetico per alimentare i dispositivi che li ospitano e per tenerli a temperature controllate. Il supporto in vetro borosilicato invece non solo ottimizza lo spazio di archiviazione con una maggiore densità di informazione per unità di salvataggio, ma si emancipa anche dalla dipendenza energetica. Staccati dalla spina, i dati sono anche più facili trasportare i dati da un luogo all’altro.

Chissà se un giorno, magari tra un millennio, chi vorrà documentarsi sull’umanità del XXI secolo si troverà a dover consultare quelle che potrebbe considerare pergamene di vetro.

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