Способен "запоминать" данные: как ученые делают жесткие диски изо льда
Сколько нужно времени, чтобы сделать потрясающие ледяные декорации? Звучит невероятно, но на берегу озера Эри в США они выросли буквально за пару часов. Вот только вся эта красота – нерукотворная. В ледяные панцири дома заковал самый мощный в истории арктический циклон. Он пронесся по Северной Америке в декабре 2022 года.
Люди оказались в непробиваемых холодных ловушках, многие замерзли в собственных машинах. За несколько дней в Соединенных Штатах и Канаде погибли больше 70 человек. Но лед способен нести не только разрушения и смерть.
Он может быть гибким или аморфным, может согревать и даже записывать на себя информацию, ученые уже делают из него жесткие диски. На что еще способно это кристаллическое прозрачное вещество? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Лед способен согревать
У большинства людей лед ассоциируется исключительно с холодом. Однако ученые Института мерзлотоведения из Якутии с помощью твердой воды научились обогревать здания.
"Температура сейчас минус 0,3 градуса по Цельсию, а температура уличная – минус 22,3 градуса", – сказал в беседе с РЕН ТВ младший научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН Василий Куваев.
Удивительно, но в этом гараже нет ни печки, ни электрообогревателя и уж тем более – центрального отопления. Вместо батарей – металлические емкости с водой. Летом ее нагревает солнце, а когда на улице подмораживает, жидкость начинает застывать. Молекулы отдаляются друг от друга и выделяют избыточную энергию.
Чтобы сохранить тепло в помещении, нужно правильно рассчитать количество воды и толщину стен. Это зависит от климата. В Якутии, где зимой температура падает ниже 50 градусов, перегородки должны быть не меньше 35 сантиметров.
"Затраты получаются только на период строительства, а во время эксплуатации никаких затрат нет. У нас очень большое расстояние между населенными пунктами. И, допустим, бывают такие ситуации, когда сломался в дороге или еще что-то, и нужно где-то отремонтироваться. Гораздо удобнее будет ремонтироваться при минус 2 градусах, чем при минус 50", – объяснил Василий Куваев.
Гибкий лед
А вот в американском штате Нью-Йорк в феврале 2023 года тысячи местных жителей остались без электричества и интернета из-за ледяного дождя. Холодная корка сковала провода, и они сломались словно сосульки.
Как решить эту популярную проблему, придумали китайские исследователи. Они сумели превратить хрупкий лед в гибкий оптоволоконный кабель.
Такие ледяные нити можно гнуть и скручивать как обычную проволоку. А ток по ним бежит так же хорошо, как по волокнам электропровода. Но чтобы сделать из холодного кристалла тонкий кабель, недостаточно просто мелко нарубить сосульку. Ученым из Поднебесной и их американским коллегам потребовались очень низкая температура и высокое напряжение как в паре трансформаторов.
"Мы направили водяной пар в специальную камеру, которая постоянно охлаждалась жидким азотом до минус 150 градусов", – поделился подробностями профессор физики Университета Калифорнии Марвин Коэн.
Внутри была вольфрамовая игла под напряжением 2000 вольт. Она начала притягивать к себе частицы пара, по пути он замерз, и получились гибкие микроволокна. Они в 36 раз эластичнее, чем обычный лед.
Замороженные карты памяти
Лед не только сказочно красив, у него еще и фантастическая память. Американские ученые Манчестерского университета придумали, как с помощью холодных молекул делать жесткие диски небывалой емкости.
На ледовый накопитель размером с почтовую марку помещается 25 терабайт информации. Это значит, что все когда-либо снятые в мире фильмы можно собрать вместе и просто положить в карман. Но как затолкать такой чудовищный объем в столь маленький носитель? Просто заморозить.
Обычные жесткие диски состоят из крошечных магнитных зерен. Каждое кодирует один бит данных. Стремясь увеличить объем накопителя, ученые делают магниты еще компактнее. Но есть проблема: чем миниатюрнее зерна, тем хуже они "запоминают". Единственный выход – снизить температуру.
"Если мы хотим иметь максимально емкие накопители, в дата-центрах нужно постоянно поддерживать температуру минус 259 градусов. На это способен только жидкий гелий. Но использовать его слишком дорого. Поэтому мы решили вместо магнитных зерен взять редкоземельный металл диспрозий. Он "запоминает" данные уже при минус 211 градусах и даже выше. То есть для охлаждения можно будет использовать обычный жидкий азот. Это гораздо удобнее и дешевле", – заявила президент Манчестерского университета Стейси Янг.
Ледяной робот
А еще лед поможет человечеству покорить космос. Исследовать далекие планеты вместо нас будут роботы из замороженной воды.
Такой машине не нужны запчасти. Сломалось колесо, треснул корпус или бампер – не страшно. Новые детали всегда можно наморозить за пару часов. Благо в Солнечной системе воды хватает. Прототип будущего покорителя космоса умеет преодолевать небольшие препятствия, заезжать в горку, а скоро американские инженеры из Университета Пенсильвании научат его еще и чинить самого себя.
"Наша машина работает в большом диапазоне температур – от комнатной до минус 17 градусов. Чтобы ничего не таяло от тепла электродвигателей, мы поместили их в защитные герметичные футляры внутри ледяного корпуса. А управлять устройством можно через блютуз с помощью смартфона. Такой тип роботов может оказаться очень экономически выгодным", – уточнил научный сотрудник школы инженерии и прикладных наук Университета Пенсильвании Девин Кэрролл.
Дешевый неприхотливый робот сможет исследовать земную Арктику, а в будущем – и холодные области других планет. Например, полюса Марса, спутники Юпитера и Сатурна. И все это благодаря обычной застывшей воде. Оказывается, изо льда можно сделать нечто очень красивое, теплое, гибкое и с бесконечной памятью.
О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.