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AI넷

[그림 한 장의 가치는 4.6 테라비트] 19세기 사진기술이 새로운 데이터 저장방법으로 활용되다

박민제 | 기사입력 2024/10/25 [08:24]

[그림 한 장의 가치는 4.6 테라비트] 19세기 사진기술이 새로운 데이터 저장방법으로 활용되다

박민제 | 입력 : 2024/10/25 [08:24]

 

그림 한 장의 가치는 4.6 테라비트이다. 19세기 사진기술이 새로운 데이터 저장방법으로 활용되다

 

클라크 존슨은 3살 때부터 과학자가 되고 싶었다고 말합니다. 8살 때 선물로 받은 전신기 조립 키트에 질려서 전화기로 재활용했습니다. 12살 때 물리학을 공부하기로 마음먹었는데, 가장 기본적인 수준에서 사물이 어떻게 작동하는지 이해하고 싶었기 때문입니다.

 

안경을 쓰고 목에 끈을 두른 노인이 마이크에 대고 말하고 있다

 

존슨은 "당시 나는 물리학자들이 신의 왼쪽 귀에 맞춰져 있다고 착각했습니다."라고 말합니다.

 

클라크 존슨

고용주

파동 도메인

제목

최고재무책임자(CFO)

회원등급

라이프 펠로우

 

1950년 미네소타 트윈 시티 대학교 에서 물리학 학사 학위를 받고 19세의 나이로 졸업한 후 , 대학원에 진학할 계획이었는데 3M R&D 연구소 의 물리학 부문 책임자로부터 취직 제의 전화를 받았습니다. 자신의 손으로 일을 할 수 있다는 약속에 매료된 존슨은 미네소타 주 세인트 폴에 있는 회사 시설에서 물리학자 직책을 수락했습니다. 이렇게 하여 전기 엔지니어, 발명가, 기업가로서 70년이 넘는 경력을 시작했으며, 오늘날까지 이어지고 있습니다.

 

IEEE 종신 펠로우인 존슨은 IEEE 자기학회 의 활동적인 회원이며 1983년부터 1984년까지 회장을 역임했습니다.

그는 미국 하원 의 과학 위원회 에 있었고 그 후 고등 연구 계획국(ARPA)에 영입되어 MIT의 통신 정책 연구 프로그램을 지원하도록 배정되어 HDTV 개발에 기여했습니다 .

 

그는 매사추세츠주 몬슨에서 Wave Domain을 설립하는 데 도움을 주었습니다 . Johnson과 그의 Wave Domain 협력자들은 최신 발명품인 저에너지 사용, 변조 방지 방식으로 보관 데이터를 보관하는 정재파 저장(SWS) 시스템에 대해 6개의 특허를 받았습니다. 이 시스템은 구식 사진 기술을 사용합니다.

 

3M, HDTV, 그리고 다채로운 경력

3M은 존슨의 창의성을 발휘할 수 있는 비옥한 땅이 되었습니다.

"당신은 시간의 15%를 당신이 좋아하는 일에 할애할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "회사 사장은 새로운 아이디어가 무에서 솟아나온다고 믿었고, 당신이 주변을 살피면 유용할 수 있는 무언가를 발견할 수도 있다고 생각했습니다."

 

존슨은 연구를 통해 오디오 테이프 카트리지와 도로, 표지판 등에 사용되는 반사 필름인 스카치라이트를 개발하는 데 기여하게 되었습니다 .

1989년 그는 IEEE 의회 펠로우 로 발탁되었습니다 . 그는 캘리포니아 중부의 42번째 지구를 대표하는 민주당 의원인 조지 브라운 주니어와 함께 일하기로 했습니다 . 브라운은 거의 모든 비국방 및 비건강 관련 연구를 감독하는 하원 과학, 우주 및 기술 위원회 의 고위 위원이었습니다 .

 

존슨은 "아마도 제 인생에서 가장 흥미로운 한 해였을 거예요."라고 말합니다.

과학 위원회에 있는 동안 그는 MIT의 커뮤니케이션 정책 연구 프로그램의 부소장이었던 Richard Jay Solomon을 만났고, 그는 비디오 및 통신 문제에 대한 위원회를 위해 증언했습니다.Solomon의 배경은 다양합니다.그는 1960년대 초 Brooklyn Polytechnic 에서 물리학과 전기 공학을 공부했고 New York University 에서 일반 과학을 공부 했습니다.1969년 MIT의 연구원이 되기 전에 그는 다양한 직책을 맡았습니다.그는 과학 사진에 대한 잡지를 운영했고 도시 계획 및 교통에 대한 컨설팅을 제공하는 사업을 설립했습니다.그는 교통 계획에 대한 4권의 교과서를 저술했는데, 그 중 3권은 American Society of Civil Engineers 에서 출판했습니다 .Solomon은 이 잡지에서 미래의 발명품에 유용한 것으로 밝혀진 신비롭고 오랫동안 잊혀진 19세기 사진 공정에 대한 통찰력을 얻었습니다.

 

 

존슨과 솔로몬은 기차에 대한 공통의 관심사로 친해졌습니다. 존슨의 리퍼브 풀먼 차량은 미국 본토를 가로질러 약 85만 마일을 여행했습니다. 클라크 존슨

 

존슨과 솔로몬은 기차에 대한 공통 관심사를 공유하며 친해졌습니다. 그들이 만났을 당시, 존슨은 컬럼비아 특별구의 유니언 스테이션 에 주차된 철도 차량을 소유하고 있었고 , 그는 그것을 이용해 북미 전역을 여행하며 2019년에 차량을 팔기 전까지 약 85만 마일을 이동했습니다. 존슨과 솔로몬은 개조된 풀먼 차량에 타고 여러 번 여행을 했습니다.

현재 이들은 변조 방지, 에너지 비용이 없는 매체에 빅데이터를 저장하는 새로운 방법을 공동으로 연구하고 있습니다.

 

솔리드 스테이트 드라이브나 하드 디스크와 같은 기존의 저장 장치는 유지하는 데 에너지가 필요하고 시간이 지남에 따라 성능이 저하될 수 있지만, 존슨은 자신과 솔로몬, 그리고 공동 연구자들이 개발한 기술은 사실상 에너지가 전혀 필요하지 않고 대부분의 조건에서 수세기 동안 그대로 유지될 수 있다고 말합니다.

 

존슨과 솔로몬은 최근 프로젝트에 협력하기 훨씬 전에 또 다른 주목할 만한 노력인 HDTV 개발에 협력했습니다. 이 프로젝트는 의회 과학 위원회에서 일하면서 생겨났습니다.

1980년대 후반, 일본의 엔지니어들은 아날로그 고화질 텔레비전 시스템을 개발하고 있었습니다.

 

존슨은 "과학 위원회의 제 상사는 '일본인이 이걸 하게 둘 수는 없어. 디지털 기술과 디지털 컴퓨터가 다 있잖아. 이걸 디지털로 해야지'라고 말했어요."라고 말합니다.

그것은 NASA 와 ARPA(현대 DARPA 의 전신) 가 자금을 지원하는 협력 프로젝트를 낳았습니다 . 존슨이 과학 위원회에서 임기를 마친 후, 그와 솔로몬은 협력에 참여한 MIT의 팀에 합류했습니다. 그들이 지배적인 TV 기술이 될 기술을 개발하면서, 존슨과 솔로몬은 광학 분야의 전문가가 되었습니다. 1992년에 폴라로이드 , IBM , 필립스 와 협력하여, 이 팀은 연례 National Association of Broadcasters 에서 세계 최초의 디지털, 프로그레시브 스캔 , 고화질 카메라를 시연했습니다.회의.

 

우연한 발견

2000년경, Clark와 Solomon은 새로운 동료인 Eric Rosenthal 과 함께 NASA 와 미국 국방부 의 독립 컨설턴트로 일하기 시작했습니다 . Rosenthal은 Clark와 Solomon과 합류하기 전에 Walt Disney Imagineering 의 연구 개발 부사장 과 ABC 텔레비전 의 시청각 시스템 엔지니어링 총괄 관리자를 역임했습니다.

 

DARPA에서 자금을 지원한 한 프로젝트를 진행하던 중 솔로몬은 100년 된 광학 교과서에서 눈길을 끄는 한 페이지를 우연히 발견했습니다. 유명한 물리학자 가브리엘 립만이 컬러 사진을 만드는 방법 을 개발한 방법을 설명하고 있었습니다 . 립만은 필름이나 염료를 사용하는 대신 특수 제형의 은 할로겐화물 에멀전으로 코팅된 유리판을 사용하여 사진을 만들었습니다.

 

밝고 햇빛이 비치는 장면에 노출되었을 때, 빛의 전체 스펙트럼이 유리 뒷면의 수은 기반 거울 코팅에서 반사되었습니다. 그것은 감지된 색상의 에멀전 층 내부에 정상파를 생성했습니다. 정상파의 가장 밝은 부분에 있는 은 입자는 마치 그들이 본 정확한 색상을 기억하는 것처럼 산화되었습니다. (이것은 스펙트럼의 빨간색, 녹색, 파란색 부분만 저장하는 기존의 컬러 사진과 텔레비전과는 극명한 대조를 이루었습니다.) 그런 다음 화학적 처리로 산화된 은 할로겐화물 입자가 검은색으로 바뀌어 빛파가 거의 조작할 수 없는 방식으로 매체에 각인되었습니다. Lippmann은 그의 연구로 1908년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

 

리프먼의 사진 기술은 상업적으로 성공하지 못했습니다. 이미지를 복제하거나 인쇄할 실용적인 방법이 없었기 때문입니다. 그리고 당시 에멀전은 매체에 제대로 각인되려면 빛이 매우 밝아야 했습니다.

 

그럼에도 불구하고 솔로몬은 결과 이미지의 내구성에 깊은 인상을 받았습니다. 그는 동료들에게 프로세스를 설명했고, 동료들은 이 기술을 사용하여 보관 목적으로 정보를 저장할 수 있는 가능성을 인식했습니다. 존슨은 스위스 로잔에 있는 사진 박물관 에서 리프먼의 오래된 사진을 보았는데 , 그곳에서 100년이 넘은 사진임에도 불구하고 색상이 선명하고 강렬해 보인다는 것을 알아챘습니다.

 

솔로몬은 은 할로겐화물 방법을 고수했고, 2013년에 그와 존슨은 리프먼의 에멀전 사진 기법을 다시 사용했습니다.

존슨은 "우리는 색상에 대해 알고 있는 모든 정보를 어떻게 활용할 수 있을지에 대해 이야기했습니다."라고 말합니다.

 

우주와 육지의 데이터

로젠탈이 2013년 앨라배마주 몽고메리에 있는 국제 우주 정거장 본부를 방문했을 때 , 한 최고 과학자가 "우주 정거장에 저장된 데이터는 우주선에 의해 24시간마다 지워진다"고 말했다고 로젠탈은 회상합니다. "그리고 우리는 데이터를 계속해서 다시 써야 합니다." 우주선과 태양 플레어는 전자 부품을 손상시켜 하드 디스크와 기타 기존 데이터 저장 시스템에서 오류나 완전한 삭제를 일으킬 수 있습니다.

 

로젠탈, 존슨, 솔로몬은 적절하게 처리된 은 할로겐화물 사진은 핵폭발의 전자기 펄스를 포함한 이러한 위험에 면역이 있다는 것을 알고 있었습니다. 팀은 리프먼의 사진 에멀전을 다시 조사했습니다.

솔로몬의 아들 브라이언 솔로몬은 전문 사진작가이자 사진 감광액 제조 전문가인데, 그는 수십 년이 지나면 퇴색되는 기존 염료 기반 컬러 사진의 내구성에 대해서도 우려를 표명했습니다.

 

팀은 흥미로운 아이디어를 생각해냈습니다. Lippmann의 사진이 얼마나 내구성이 있는지를 감안할 때, 아날로그 이미지를 만드는 것이 아니라 디지털 데이터를 저장하는 데 유사한 기술을 사용할 수 있다면 어떨까요? 이렇게 해서 그들의 최신 엔지니어링 노력이 시작되었습니다. 덮어쓸 필요가 없지만 가끔씩 보존하고 읽을 수 있는 보관 데이터가 저장되는 방식을 바꾸는 것입니다.

 

 

정상파 저장 기술은 젤라틴에 있는 특별히 제형된 은 입자 에멀전에 밝은 LED를 비추어 작동합니다. 빛은 기질 층(공기일 수 있음)에서 반사되어 에멀전에서 정상파를 형성합니다. 정상파는 정점에서 은 입자를 산화시키고, 화학적 과정은 산화된 은 입자를 검은색으로 바꾸어 색상 패턴을 매체에 각인합니다. 파동 도메인

 

존슨은 전통적으로 저장된 데이터는 때때로 여러 사본을 만들거나 지속적으로 다시 작성하여 보호된다고 말합니다. 그러나 이 기술은 에너지를 필요로 하며 노동 집약적일 수 있습니다.

 

육지에 저장해야 하는 데이터의 양도 엄청나게 증가하고 있습니다. Data Bridge Market Research 에 따르면 데이터 센터와 기타 인공지능 인프라 시장은 연간 44%의 비율로 성장하고 있습니다 . 일반적으로 사용되는 하드 드라이브 와 솔리드 스테이트 드라이브는 사용하지 않을 때에도 약간의 전력을 소모합니다 . 드라이브의 대기 전력 소모량은 드라이브당 0.05와트에서 2.5와트 사이입니다. 그리고 데이터 센터에는 엄청난 수의 드라이브가 있어 계속 작동하려면 엄청난 양의 전기가 필요합니다.

 

존슨은 오늘날 데이터 센터에 보관된 데이터의 약 25%가 보관용이므로 덮어쓸 필요가 없을 것으로 추정합니다.

 

한번 쓰고 영원히 읽는 기술

존슨, 솔로몬과 그들의 협력자들이 개발한 기술은 보관 애플리케이션을 위한 기존 데이터 저장의 에너지 요구 사항과 취약성을 극복할 것을 약속합니다.

이 디자인은 Lippmann의 아이디어를 바탕으로 합니다. 아날로그 사진을 찍는 대신, 팀은 매체를 픽셀로 나누었습니다. 에멀전 전문가 Yves Gentet 의 도움으로 그들은 Lippmann의 에멀전 화학을 개선하여 더 민감하게 만들고 각 픽셀 위치에 여러 파장을 저장할 수 있도록 했습니다. 최종 에멀전은 은 할로겐화물과 매우 경화된 젤라틴의 조합입니다. 그들의 기술은 이제 각 픽셀에 최대 4개의 뚜렷한 좁은 대역 중첩 색상을 저장할 수 있습니다.

 

 

정상파 저장 기술은 각 픽셀 위치에 가능한 32가지 색상 중 최대 4가지 색상을 저장할 수 있습니다. 이는 단일 사진 영역에 4.6테라비트(또는 대략 300개의 영화)의 놀라운 저장 용량을 더합니다. 파동 도메인

 

솔로몬은 "교과서에는 그것이 불가능하다고 나와 있지만, 우리는 그것을 해냈기 때문에 교과서는 틀렸다"고 말한다.

 

각 픽셀에 대해 32가지 색상 중 4가지 색상을 선택하여 저장할 수 있습니다.

이는 40,000개 이상의 가능성에 해당합니다. 따라서 이 기술은 각 10제곱 마이크로미터 픽셀에 40,000개 이상의 비트(형식이 이진일 필요는 없음)를 저장할 수 있으며, 10.16cm x 12.7cm 수정된 Lippmann 플레이트에 4.6테라비트를 저장할 수 있습니다. 이는 단일 사진에 저장된 300개 이상의 영화 분량의 데이터입니다.

 

SWS 매체에 글을 쓰려면 특수 제형의 에멀전이 얇게 코팅된 판을 강력한 컬러 LED 배열에서 나오는 빛에 노출시킵니다.

이 방법을 사용하면 판 전체에 동시에 인쇄가 이루어져 픽셀당 인쇄 시간이 크게 줄어듭니다.

그런 다음, 판은 노출된 은 입자를 검게 만드는 화학 공정을 거쳐 현상되며, 노출된 색상의 파장을 기억합니다.

 

마지막으로, 휴대전화에 사용되는 것과 같은 작은 전하 커플릿 장치 카메라 어레이가 정보를 읽어냅니다. 판독은 전체 플레이트에 대해 한 번에 발생하므로 쓰기 속도와 마찬가지로 판독 속도가 빠릅니다.

 

솔로몬은 "우리가 읽는 데이터는 매우 높은 대역폭으로 플레이트에서 나옵니다."라고 말합니다. "버퍼링 없이 흡수할 수 있는 컴퓨터는 지구상에 없습니다."

전체 메모리 셀은 LED 어레이, 감광판, CCD의 샌드위치입니다. 모든 요소는 기성품 부품을 사용합니다.

 

존슨은 "우리는 이것을 매우 저렴하고 재현 가능하며 빠른 방법으로 만드는 방법을 알아내는 데 오랜 시간이 걸렸습니다."라고 말합니다. "아이디어는 쉽게 구할 수 있는 부품을 사용하는 것입니다." 전체 저장 매체와 읽기/쓰기 인프라는 비교적 저렴하고 휴대성이 뛰어납니다.

연구팀은 저장 방법의 내구성을 테스트하기 위해 NASA의 협력자들에게 SWS 장치 샘플 약 150개를 보내 2019년 9개월 동안 국제 우주 정거장 밖에 우주인들이 매달도록 했습니다. 그런 다음 SWS 판이 우주에서 돌아온 후 저장된 데이터의 무결성을 테스트한 후, 지상에 있는 Rosenthal 연구실에 저장된 다른 150개의 판과 비교했습니다.

 

솔로몬은 "우주선에 9개월간 노출되어도 전혀 손상이 없었습니다."라고 말합니다. 한편, 로젠탈의 책상에 있는 판은 박테리아로 가득했지만 ISS 판은 살균되었습니다. 하지만 은은 알려진 살균제이기 때문에 색상은 면역이 있었다고 솔로몬은 말합니다.

 

올해 초에 부여된 가장 최근의 특허는 데이터를 적극적으로 읽거나 쓰지 않을 때 전력을 공급하지 않고도 데이터를 저장하는 방법을 설명합니다. 팀원들은 이 기술이 손상될 수 없다고 말합니다. 습기, 태양 플레어, 우주선 및 기타 종류의 방사선에 면역이 있습니다. 따라서 우주와 육지에서 모두 내구성 있고 저렴한 보관 데이터 솔루션으로 사용할 수 있다고 주장합니다.

 

횃불을 전달하다

새로운 발명품은 엄청난 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 존슨은 데이터 센터와 우주 응용 분야 외에도 칠레에 건설 중인 루빈 천문대 와 같은 과학 기업이 SWS 기술로부터 이익을 얻을 수 있는 방대한 양의 보관 데이터를 생산할 것이라고 말합니다.

존슨은 "모든 것이 참조 데이터이고, 매주 생성되는 엄청난 양의 데이터로 영구히 보관해야 합니다."라고 말합니다.

 

하지만 존슨은 그와 그의 팀이 기술을 시장에 내놓을 사람은 아니라고 말한다. "저는 94세이고, 제 파트너 두 명은 70대와 80대입니다. 우리는 회사를 시작할 생각이 없습니다."

그는 횃불을 넘길 준비가 되었습니다. 팀은 Wave Domain을 이끌 새로운 최고 경영자를 찾고 있으며, 이를 통해 SWS의 개발을 계속하고 대중화되기를 바랍니다.

존슨은 사람들이 어떤 새로운 기술이 결국 가장 큰 영향을 미칠지 거의 알지 못한다는 것을 알게 되었다고 말합니다. 지금은 거의 알지 못하지만, 오래된 사진 기술을 사용하여 빅 데이터를 저장하는 것이 예상치 못한 성공을 거둘지도 모릅니다.

 

 

 
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