Clark Johnson, coinventor de la tecnología Wave Domain.
Una tecnología fotográfica de hace más de un siglo promete almacenamientos con 9.000 estados posibles en cada pixel
La startup Wave Domain trabaja tras la huella de un Nobel de 1908 para guardar datos estables y de larga duración, que dejan muy atrás los ‘ceros’ y ‘unos’ binarios, mediante inferencia de luz y diferentes colores, registrados y ‘revelados’ sobre una placa con una emulsión química.
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Busquemos un lugar común para centrar el asunto: el dato es el oro negro, es decir, el petróleo de la economía moderna. Y los sistemas de almacenamiento son fundamentales. Pero eso no significa que en torno al dato todo sea modernidad recién parida. Resulta que hay una tecnología de 1891, inventada por el físico y fotógrafo científico Gabriel Lippmann, basada en interferencia de la luz, que es una gran inspiración para plantear una metodología de almacenamiento de datos futurista.
El luxemburgués Lippmann, nacionalizado francés y profesor en la Sorbona, ganó el Nobel de Física en 1908 por desarrollar un método de fotografía en color por interferencia lumínica, que lograba imágenes con impresionante fidelidad.
Fue profesor del matrimonio Curie y otros científicos como Paul Langevin… y una iluminación para Clark Johnson, más de un siglo después, como coinventor de la tecnología que Wave Domain, deep tech startup fundada en 2024, anuncia como algo del futuro. Ofrece almacenamiento multiestado de datos, más allá de la simple opción binaria.
“Clark Johnson es uno de los inventores de esta tecnología, basada en la que desarrolló [Lippmann] por primera vez hace 140 años y que ahora será una pieza increíble del futuro del almacenamiento de datos”, proclama Bob Miller, CEO de Wave Domain, en presencia del propio Johnson y ante un grupo internacional de periodistas, en el que se incluye DISRUPTORES - EL ESPAÑOL, durante el tour organizado por IT Press en Boston.
“Vamos a hablar sobre cómo funciona el Standing Wave Storage [almacenamiento por onda estacionaria], que es como llamamos nuestra tecnología, o SWS, que puede cambiar las cosas”, añade Miller, para dar la palabra al brioso Johnson.
“Soy físico y he pasado casi toda mi vida dedicado al almacenamiento de datos, especialmente en [soporte] magnético”, explica el cofundador de Wave Domain, que relata que pasó años en 3M, trabajando en grabación de audio. Detalla la espectacular concentración de información “por pulgada” que se ha ido consiguiendo con los años, desde los primeros formatos analógicos hasta la televisión en alta definición. También participó en un proyecto DARPA, para definir la forma de “conseguir la gama completa de colores que ve el ojo humano, en vez de conformarse con la mitad, combinando el rojo, verde y azul” en las pantallas.
En esa tarea, revisando documentación antigua, los investigadores dieron con un poco conocido paper de Lippmann. Estudiaron el funcionamiento del ojo, cómo trabajan los conos, y de qué manera logró aquel ganador del Nobel dotar de color imágenes en película para blanco y negro, sobre una emulsión con mercurio que “proporciona una reflexión del 100%”.
Un procedimiento tan complejo que jamás se comercializó. Johnson se entusiasma explicando cómo la “interferencia de la luz baja y rebota hacia atrás”, interactúa con la emulsión, con efectos diferentes en cada frecuencia, generando “ondas estacionarias en el sistema”. No es sencillo. Él acudió a ver los resultados del trabajo de Lippmann que se conservan en un museo en Lausana (Suiza) y le parecieron “increíblemente impresionantes”.
Trabajando sobre la idea de ondas estables y colores, Johnson plantea cómo lo aprovecha su invención: “Tenemos 36 colores diferentes. Y podemos grabar hasta cuatro colores simultáneamente. Si quitas cuatro colores de esta paleta puedes obtener 41.000 combinaciones individuales diferentes en un solo píxel. Hay que pensar en el píxel como un elemento de una cuadrícula en la emulsión”.
Datos en diferentes estados
“Esta es una parte realmente importante para que hagamos una pausa y ayudemos a entender”, interviene Miller, observando rostros estupefactos entre la audiencia. “La principal diferencia entre lo que ofrece el almacenamiento por onda estacionaria y prácticamente todas las demás tecnologías es la capacidad de almacenar datos en varios estados” en cada punto de almacenamiento.
“Pensémoslo de esta manera: Hoy se pueden empaquetar datos muy densamente, pero en cada lugar, en un solo espacio de almacenamiento, guardando un cero o un uno. Eso es el binario, ¿no?”, prosigue Miller. “Usando esta tecnología, en cada punto puedes almacenar cualquiera de miles de valores únicos. Es un concepto difícil de relacionar con nuestro mundo digital actual. Pero ese es su poder. No se trata solo de la capacidad de almacenar cualquier valor diferente, sino también de la física de este tipo de material, las ventajas que aporta al mundo del almacenamiento de datos”.
El CEO añade que lo que se almacena son “moléculas de haluro de plata en una placa”, incitando a Johnson a profundizar en esta cuestión.
“Bueno, pues es que son muy estables. Si miramos las fotos que se hicieron hace 150 años, imágenes en blanco y negro, son totalmente iguales ahora que entonces. Y, de hecho, hemos enviado pruebas a la estación espacial, para ver si eran inmunes a la radiación. Ciertamente, lo eran”, replica Johnson.
Miller trata de encauzar la conversación hacia el punto en que se encuentra la tecnología de su empresa, pero con ciertas reservas: “Estamos en proceso, con los fondos que tenemos, de crear nuestro primer prototipo. Que será limitado. Solo podremos almacenar cuatro colores de 23. Sabemos que con algo más de inversión podemos llegar a 32, y eso aumenta mucho la densidad potencial de esto. Pero hay otras cosas de las que no podemos hablar, otras formas de usar este proceso y otros principios de la física para que podamos trascender, ir más allá de lo que una placa de Lippmann podría almacenar”.
“Por eso tenemos 23 colores. Francamente, porque ese es el número total de LEDs monocromáticos diferentes disponibles”, aclara Johnson, que niega que su tecnología tenga algo que ver con un holograma. “Creemos que la profundidad, o el número de estados por ubicación de almacenamiento, y el coste por bit durante largos periodos de tiempo, serán las métricas en el futuro para el almacenamiento de datos a largo plazo”, asevera Miller. “Cuando hablamos con gente de la industria, no es que veamos incredulidad. Es que creo que les sorprende que hayamos llegado tan lejos”.
“Pero insisten en que necesitamos poder decirles cuántos bits por ubicación, cuántos bits por área, cuál es la densidad real. Y realmente podemos decir que, con 23 colores, con cuatro de 23 colores, podemos generar casi 9.000 estados en términos binarios. Eso es un poco más de 13 bits por ubicación. Que sigue siendo bastante más de lo que se está logrando hoy en día y aún más que algunas de otras nuevas tecnologías”.
Para concretar un poco, otra vez, lo que en este momento tiene Wave Domain es un procedimiento experimental de almacenamiento permanente, del que puede mostrar una placa con intrincados puntitos de color que este periodista tuvo en su mano. “Tenemos que intentar equilibrar la especificidad. Necesitamos equilibrar la velocidad de exposición y ese tipo de cosas”, dice Miller.
Johnson menciona que, en su estado actual, los datos archivados “podrían durar 500 años”. Y la promesa de archivo incluye ningún consumo energético cuando el medio está almacenado, además de resistir incólume a radiación ionizante, electricidad estática, pulsos electromagnéticos. Miller insiste en que el valor debe medirse no sólo por densidad de datos en el área ocupada, sino por coste por bit a largo plazo y número de estados por ubicación.
La máquina de escribir y leer
La cuestión es que hace falta una máquina para escribir los datos y, eventualmente, para leerlos. Según Johnson, es un dispositivo con componentes cercanos a los de un teléfono móvil: difusores, fuentes LED o diodos láser monocromáticos, directores de haz, una pantalla LCD que actúa como matriz de obturadores, el medio de almacenamiento y sensores CCD para la lectura. El ordenador codifica los datos y determina qué obturadores se abren durante el destello de cada color.
“Hay una pantalla LCD, que básicamente tiene un montón de persianas que se controlan externamente y se abren y cierran según el conjunto de datos que se esté registrando”, concreta Johnson. Después se exponen secuencialmente los colores y el material se revela. Recordemos que es una tecnología basada en procedimientos fotográficos químicos. Para leer, se iluminan de nuevo las longitudes de onda y se detecta qué colores fueron absorbidos o transmitidos.
"El software indica que las persianas sólo se abran cuando lucen los colores que deberían ir a esa ubicación”, simplifica Miller. En el procedimiento de lectura, si un color está presente en una celda, no se detecta al otro lado, por lo que el sistema deduce su presencia. La arquitectura evita cabezales mecánicos móviles en el sentido clásico y permite exposición paralela de áreas completas.
Sobre cuestiones de verificación, protección de los datos, redundancia y otras cuestiones que siempre están muy presentes en los sistemas de almacenamiento, los fundadores de Wave Domain admiten que no se puede tratar el medio como un disco convencional, que se revisa para localizar sectores defectuosos y construir una tabla de correspondencias. “Tenemos que usar un sistema de corrección hacia adelante. Una corrección de canal, no de vínculo”, dice Johnson.
La respuesta ha de estar en el firmware: los datos digitales se transforman mediante algoritmos que controlan la matriz óptica y codifican la información en combinaciones de longitudes de onda.
La startup cuenta ya con siete patentes, generadas en la época de trabajo con DARPA y trabaja en colaboración con otras compañías y centros de investigación que espera pueden generar más registros en los próximos tres años. En comparación con otras tecnologías emergentes, como almacenamiento en sílice, ADN u otros sistemas de archivo, Miller subraya que los otros suelen requerir láseres ultrarrápidos, equipos complejos, ambientes controlados o inversiones muy elevadas.
Wave Domain propone una tecnología basada en óptica de bajo coste y componentes disponibles comercialmente. Y con ventajas, añade Miller, como almacenamiento multiestado, permanencia, inmutabilidad, bajo coste de lectura y escritura, nula necesidad de migración, ausencia de consumo energético en reposo y lectura potencialmente paralela de placas completas.
Otra cuestión es el modelo de negocio que esperan desarrollar: no aspiran a convertirse en fabricantes de aparatos y se plantean licenciar su tecnología, asociarse con otras empresas que los fabriquen o establecer acuerdos de desarrollo.
“En realidad estamos buscando un socio o socios a quienes aportar la experiencia técnica, conocimientos, etcétera, para que lo lleve de donde está ahora, básicamente una curiosidad de laboratorio, a un sistema práctico”, declara Johnson, reconociendo la veteranía de los actuales impulsores del proyecto.
“Creemos que estamos metidos en algo bastante interesante y muy cerca de tener un demostrador funcional”, concluye.
Miller se despide confiando en que los asistentes puedan seguir el avance del prototipo y decir en el futuro “¡Vaya, lo han conseguido…!”.