Дослідники освоїли метод зберігання даних у льодових структурах за допомогою повітряних бульбашок.

Вчені з Пекінського технологічного університету винайшли метод шифрування інформації в льодових структурах, маніпулюючи формою та позицією повітряних пухирців.

Дослідники з Пекінського технологічного інституту, очолювані Менцзе Сонг, створили інноваційний спосіб зберігання даних у льодовій формі. У статті, опублікованій в журналі Cell Reports Physical Science, вони продемонстрували, як можна закодувати інформацію, регулюючи форму та позицію повітряних бульбашок, що виникають під час замерзання води.

Концепція використання льоду в якості носія інформації виникла внаслідок дослідження природних льодовиків, які протягом тисячоліть зберігають свідчення про минулі епохи. Льодовикові керни надають цінні дані про температуру, хімічний склад повітря та навіть про вулканічні активності. Вчені почали розмірковувати, чи можливо адаптувати цей природний процес для передачі штучно створених повідомлень.

Звичайні способи зберігання даних, такі як паперові носії, магнітні стрічки чи цифрові пристрої, виявляються ненадійними в умовах екстремального середовища. Наприклад, в Антарктиді або на Місяці чорнило може швидко вицвітати, електроніка часто виходить з ладу, а сильні перепади температури призводять до швидкої розрядки батарей. Натомість лід, навпаки, чудово витримує холодні температури і здатний зберігатися протягом тисяч років.

Принцип роботи нового методу базується на контролі процесу замерзання води. Коли вода перетворюється на лід, вона витискає та стискає гази, створюючи повітряні кишені -- бульбашки. Форма цих бульбашок залежить від швидкості замерзання: при швидкому замерзанні утворюються яйцеподібні бульбашки, при повільному -- голкоподібні.

Науковці усвідомили, що варіюючи швидкість замерзання, можна генерувати бінарний формат повідомлень. Вони досліджували численні методи, але виявилося, що бінарне кодування є найпродуктивнішим, оскільки здатне зберігати інформацію у понад десять разів більшій кількості, ніж традиційна азбука Морзе.

Менцзе Сонг пояснює: "Оскільки положення та форма бульбашок визначаються швидкістю замерзання, можна вручну контролювати швидкість замерзання для маніпулювання формою та розподілом бульбашок у льоді".

Для тестування своєї гіпотези вчені розробили тонкі водяні шари, помістивши їх між прозорими пластинами, після чого заморожували за допомогою спеціально налаштованої холодної плити. Контролюючи швидкість заморожування, вони змогли змінювати розміри, форми та розташування повітряних бульбашок.

Команда також виявила, що раптове збільшення швидкості замерзання шляхом зниження температури холодної плити призводить до утворення одного шару бульбашок. Це дозволяє створювати багатошарову структуру інформації, де кожен "шар бульбашок" представляє окреме повідомлення.

Для декодування повідомлень дослідники розробили спеціальну систему. Камера робить знімок льодяного зрізу в градаціях сірого, а програмне забезпечення зчитує положення та яскравість бульбашок. На основі цих даних програма відновлює закодоване повідомлення.

На даний момент обсяг системи лишається обмеженим — всього кілька рядків інформації на один крижаний кубик. Проте команда впевнена, що можна підвищити її ефективність і забезпечити масштабування. Вони переконані, що в майбутньому зберігання даних у льодовій формі може стати надійним рішенням для холодних умов.

Безумовно, успішність цієї системи прямо пов'язана з наявністю льоду. Проте в умовах, де температури стабільно тримаються нижче нуля — наприклад, в Антарктиді, у глибоких печерах або в кріогенних лабораторіях — цей підхід може стати джерелом енергозберігаючого, надійного та візуально зрозумілого способу зберігання даних.

"У районах з природно низькими температурами застосування повітряних бульбашок для транспортування та зберігання повідомлень є більш енергоефективним варіантом порівняно з традиційними телекомунікаційними методами, а також забезпечує вищий рівень конфіденційності, ніж паперові носії," - зазначає інженер-механік і автор дослідження Менцзе Сонг.

На даний момент команда займається вивченням впливу різних типів газів, тиску та тривимірної геометрії на процес формування бульбашок. Їх мета — дослідити можливості інтеграції складніших видів інформації. Дослідники також мають намір пов'язати результати своїх досліджень з динамікою льодовиків і матеріалознавством в більш широкій перспективі.

"Наші знахідки мають потенціал для широкого використання в різних сферах," -- зазначає Сонг. "У повсякденному житті ми можемо використовувати бульбашки для оптимізації процесу виробництва льоду з різним вмістом повітря та створення вражаючих льодових скульптур. У промисловому секторі наші дослідження можуть сприяти вдосконаленню процесів плавлення металів і виробництва, а також ефективному видаленню льоду з літаків і кораблів."

На даний момент це залишається лише початковим етапом комунікаційних технологій. Сумніви щодо того, що він найближчим часом зможе конкурувати з жорсткими дисками або супутниковими системами, цілком обґрунтовані. Однак у критичних ситуаціях цей метод може стати незамінним засобом для тривалого зберігання даних.