Ученые разработали необычную технологию хранения данных, вдохновившись природной структурой ледникового льда. Как оказалось, пузырьки воздуха, заключённые в лед, можно использовать для кодирования сообщений. Новая методика, разработанная исследователями из Пекинского политехнического института, может найти применение в суровых условиях, где электронные устройства малодоступны или непрактичны.
Как это работает
Когда вода замерзает, она вытесняет растворённые в ней газы, которые формируют пузырьки воздуха. Поскольку лед формируется слоями, пузырьки оказываются распределёнными на разных глубинах. Кроме того, форма и размер пузырьков зависят от скорости замерзания воды: чем медленнее она замерзает, тем разнообразнее формы — от овальных до игольчатых или вовсе отсутствующих.
Чтобы использовать это явление, ученые создали так называемую ячейку Хеле-Шоу — тонкий прямоугольный контейнер с деионизированной водой, зажатый между двумя прозрачными акриловыми пластинами. Снизу контейнер охлаждался холодной пластиной, температура которой могла регулироваться в диапазоне от -15 °C до -35 °C.
В зависимости от заданной температуры и, соответственно, скорости замерзания, в каждом слое льда формировались пузырьки разной формы. Эти комбинации формы, размера и глубины пузырьков были сопоставлены с буквами и цифрами по системам азбуки Морзе, двоичного и троичного кодов.
Для "прочтения" зашифрованных сообщений использовалась камера, которая фотографировала полученные ледяные пластины. Изображения затем преобразовывались в оттенки серого и анализировались программой, расшифровывающей коды. Наиболее эффективной оказалась двоичная система: она позволяла уместить в заданном объеме льда примерно в 10 раз больше информации.
Зачем это нужно
Исследователи предполагают, что такая технология может быть полезной для передачи и хранения сообщений в условиях экстремального холода — например, в Антарктиде, Арктике или на других планетах, где использование электроники ограничено. После записи сообщение сохраняется в льду без необходимости постоянного электропитания — до тех пор, пока лед не растает.
Кроме того, управление пузырьками может использоваться и в других направлениях: для изменения прочности ледяных конструкций, разработки новых антиобледенительных систем для авиации, а также в исследовании пузырьков в непрозрачных материалах, таких как алюминий.
"Наши открытия могут найти широкое применение в самых разных областях. Мы можем эффективно управлять пузырьками, чтобы получать лед с заданными характеристиками" — говорят исследователи.
Работа была выполнена совместно с учеными из университета Ханьяна (Южная Корея) и Политехнического университета Гонконга, а результаты опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.
