Трансформация пузырьков воздуха в ледниках — новый способ хранить данные

Лед, из которого состоят ледники, не на 100% твердый — он на самом деле полон пузырьков воздуха, причем некоторые из них образовались столетия назад. Вдохновленные этим фактом, ученые разработали метод использования пузырьков для хранения закодированных данных во льду. Эта технология может иметь и практическое применение. Исследование вышло в Cell Reports Physical Science.

Как известно, жидкая вода затвердевает при замерзании. При этом она выдавливает и сжимает растворенные газы, образуя воздушные карманы, или пузырьки. Поскольку вода замерзает в последовательно расположенных друг за другом слоях, эти пузырьки в конечном итоге оказываются взвешенными по всей толще льда. Кроме того, скорость замерзания воды предсказуемым образом влияет на форму и размер образующихся пузырьков.

Учитывая эти явления, ученые из Пекинского технологического института приступили к разработке экспериментальной системы хранения данных. Они создали так называемую ячейку Хеле-Шоу, в которой тонкий прямоугольный столбик деионизированной жидкой воды находился между двумя вертикально расположенными прозрачными акриловыми листами.

Для охлаждения и заморозки воды использовалась охлаждающая пластина в нижней части ячейки, образуя слой льда. Скорость замерзания можно было контролировать вручную, регулируя температуру пластины в диапазоне от –15 ºC до –35 ºC.

Было обнаружено, что при снижении скорости замерзания любой слой льда содержал либо яйцевидные пузырьки, либо смесь яйцевидных и игольчатых пузырьков, либо только игольчатые пузырьки, либо вообще не содержал пузырьков. Поэтому ученые присвоили различные комбинации формы, размера и глубины пузырьков различным английским буквам и арабским цифрам в кодах Морзе, двоичном и троичном кодах.

Чтобы прочитать полученные сообщения, камера сфотографировала ледяную пластину с пузырьковой кодировкой, подготовленную с помощью ячейки Хеле-Шоу. Затем эта фотография была преобразована в изображение в оттенках серого, которое было проанализировано компьютером с установленным специальным программным обеспечением для декодирования.

Хотя это программное обеспечение могло расшифровывать сообщения, переданные во всех трех типах кода, было установлено, что двоичный код является наиболее эффективным, поскольку сообщения могли быть примерно в 10 раз длиннее для заданного объема ледяного пространства.

Исследователи предполагают, что эта технология будет использоваться для записи, хранения и чтения сообщений в очень холодных, отдаленных регионах мира, таких как Антарктида, Арктика и даже на других планетах, где будет ощущаться нехватка электроэнергии и электронного оборудования. Хотя для записи сообщений потребуется определенное количество энергии, впоследствии она не понадобится, пока температура окружающей среды остается ниже нуля.

Помимо применения в области хранения данных, технология манипулирования пузырьками может также быть полезна для корректировки прочности ледяных конструкций, разработки систем борьбы с обледенением самолетов или изучения того, как образуются пузырьки в материалах, которые сложнее визуализировать, например, в алюминии.