Китайские инженеры впервые зашифровали сообщение внутри льда

Исследователи из Пекинского политехнического института и нескольких университетов Азии и Европы предложили новый способ хранения и передачи информации, не требующий электричества, бумаги или магнитных носителей. В их эксперименте сообщение кодировалось слоями пузырьков воздуха, намеренно встроенных в лёд за счёт управления скоростью замерзания воды.

Авторы вдохновились природными пузырьками в ледниках, в которых на протяжении тысяч лет сохраняется древний воздух. Учёные решили выяснить, можно ли использовать похожий принцип для контролируемого кодирования данных. Для этого они исследовали, как формируются и распределяются пузырьки воздуха в тонком слое воды при его замерзании.

Ключевым открытием стало то, что форма и плотность пузырьков напрямую зависят от скорости роста ледяного фронта. Если замораживать воду медленно, то пузырьки получаются редкими и вытянутыми, а при ускорении процесса они становятся плотнее и меняют форму. Исследователи обнаружили, что если в нужный момент резко изменить температуру, то можно получить отчётливый слой пузырьков — подобно «чернилам» внутри льда.

Эксперименты проводились в так называемой ячейке Хеле-Шоу — тонком контейнере, где вода замораживалась под контролем программируемой охлаждающей пластины. Температура регулировалась с точностью до десятых долей градуса, а рост ледяного слоя отслеживался с помощью камер с разрешением 1,5 мкм. Всего исследование заняло более 200 часов наблюдений.

Благодаря разработанной модели, учёные смогли создавать в льду до пяти чётко различимых слоёв пузырьков. Каждый слой представлял собой «бит» информации, и на их основе были реализованы три схемы кодирования: двоичная, троичная и азбука Морзе. Исследователи успешно закодировали и декодировали числа и буквы, включая латинские символы и цифры от 0 до 32. Распознавание происходило по уровню серого цвета на фотографии льда — так пузырьки читались как «1», а прозрачный лёд — как «0».

Впервые в истории удалось не только встроить сообщение в лёд, но и обеспечить его точное считывание. Авторы подчёркивают, что эта технология перспективна для использования в суровых климатических условиях, например, в Арктике, на Луне или Марсе, где традиционные средства хранения информации либо не работают, либо требуют постоянного питания.

В перспективе технология может применяться не только для хранения данных, но и в других сферах: от изучения процессов кристаллизации до газового анализа льдов и новых методов хранения лекарств. Однако для практического внедрения потребуется дальнейшая оптимизация: стабильность пузырьков, устойчивость к температурным колебаниям и повышение ёмкости передачи.

 Источник: Cell Reports Physical Science