La Terra si sta riscaldando, ma queste persone stanno usando il ghiaccio per costruire dischi rigidi

L'archiviazione delle informazioni è uno dei Sacri Graal della ricerca tecnologica umana (oltre all'intelligenza artificiale).

Dalle incisioni su pietra ai fili annodati, dalle schede perforate ai nastri magnetici e ai dischi rigidi, l'uomo ha provato tutti i tipi di supporti di memorizzazione, con qualche successo e qualche fallimento.

Ma ora gli studiosi del Beijing Institute of Technology hanno aggiunto un nuovo elemento alla gara: un supporto di memorizzazione che è rimasto nascosto alla vista per migliaia di anni.

Ghiaccio. Ghiaccio per il frigorifero e per le bevande. È semplicissimo.

Naturalmente non si tratta di incidere parole nel ghiaccio, ma di un metodo più sottile: codificare le informazioni manipolando le minuscole bolle intrappolate quando si forma il ghiaccio.

Sembra un gioco di parole voluto, ma pensateci bene: offline, fredda e difficile da hackerare: non è forse questo il significato letterale di "cold storage"?

Il disco rigido della natura, freddo e vecchio

La Terra si sta riscaldando e c'è chi pensa di usare il ghiaccio come disco rigido. Che idea folle! In realtà, il principio alla base è sorprendentemente elegante e la sua efficacia è stata dimostrata da miliardi di anni di reincarnazioni:

Circa il 10% della superficie terrestre è coperto di ghiaccio. L'atmosfera circola nei corpi idrici e, quando l'acqua ghiaccia, intrappola l'atmosfera sotto forma di "bolle intrappolate". Antiche carote di ghiaccio provenienti da tutto il mondo custodiscono i segreti dell'atmosfera antica e diventano capsule del tempo naturali. Sono un tesoro per gli scienziati, poiché ricostruiscono l'aspetto della Terra miliardi di anni fa e forniscono nuove informazioni su misteri irrisolti sull'ambiente e l'evoluzione.

In altre parole, se la Terra è un computer, allora il ghiaccio è il suo "disco rigido". Le bolle che non riescono a uscire sono innumerevoli punti dati.

Sapendo tutto questo, la prossima volta che andrete in un bar, la vostra esperienza potrebbe essere diversa: la ricerca del barista di cubetti di ghiaccio perfettamente trasparenti è in realtà contro le leggi della natura…

Come controllare con maggiore precisione le bolle intrappolate nel ghiaccio è un problema che affligge anche Song Mengjie, professore al Beijing Institute of Technology ed esperto di termodinamica. Mi ha raccontato che, quando era ricercatore presso l'Università di Tokyo nel 2018, ha svolto numerose ricerche sulle bolle intrappolate di dimensioni micrometriche e ha elaborato l'idea generale del controllo delle bolle.

Queste scoperte attecchirono nella sua mente come semi, dando origine a nuove ispirazioni:

Se la natura può usare il ghiaccio come un "disco rigido", perché non possiamo farlo anche noi?

Il principio per controllare le bolle è semplice: quando l'acqua si congela, espelle i gas disciolti, formando bolle intrappolate. Se la si raffredda troppo velocemente, le bolle saranno ovali; se la si raffredda troppo lentamente, compariranno bolle aghiformi; se la si raffredda ancora più lentamente, non ci saranno più bolle – un'abilità che i baristi più esperti hanno già imparato.

Le forme di queste bolle corrispondono a 1 e 0, punti o linee orizzontali, acceso e spento, non diventano forse un dato?

Ma questa scoperta da sola non basta. Se si trattasse di una semplice mappatura di 1 e 0, un pezzo di ghiaccio potrebbe non essere in grado di memorizzare una frase completa. Il team deve migliorare l'efficienza e la densità di memorizzazione delle informazioni codificate per rendere questa scoperta più realistica.

Il team del BIT ha costruito un dispositivo che si può immaginare come una "stampante 2D" progettata appositamente per i cubetti di ghiaccio: uno strato di acqua è inserito tra fogli di plastica trasparente, con una piastra fredda sottostante per un controllo preciso della temperatura e, tramite un'elaborazione precisa del segnale, viene progettata una curva di temperatura perfetta per la piastra fredda.

Controllando due variabili, temperatura e tempo, il team è riuscito a generare bolle ordinate in modo stabile ed efficiente. Questa è programmazione, ma è più simile a creare un dipinto nel ghiaccio.

Anche il processo di decodifica è semplice ed elegante, con un'estetica comprensibile per i programmatori: si scatta una foto del ghiaccio, la si converte in un'immagine in scala di grigi e l'algoritmo di visione artificiale si occupa del resto. Il software legge le dimensioni, la forma, la quantità, la distribuzione e altre informazioni delle bolle e le traduce in codice binario o Morse.

Immaginate nel film "007": Bond, abituato a bere Martini dry, ordina un cocktail con un enorme cubetto di ghiaccio quadrato. Gli occhi del barista gli fanno capire quanto è profonda la porta. Bond legge rapidamente le bollicine nel cubetto con degli occhiali intelligenti e le informazioni riservate gli vengono consegnate.

Naturalmente, dal laboratorio ai successi di Hollywood c'è ancora molta strada da fare.

Tornando alla realtà, il professor Song ha ammesso che, sebbene la densità di stoccaggio del ghiaccio non sia elevata come quella dei tradizionali dischi rigidi, essa supera di gran lunga le aspettative iniziali del team: un pezzo di ghiaccio di 10 x 10 cm "può immagazzinare circa 3 o 4 pagine di informazioni".

Sebbene non possa competere con gli SSD dei computer, almeno per una soluzione di "archiviazione a freddo" letterale, è già piuttosto valido. Il progresso nella densità di archiviazione non dipende dai team di ricerca, ma dall'industria. Questa ricerca si concentra più sulla scienza di base che sulla dimostrazione delle possibilità applicative.

Alla domanda sulla difficoltà di riprodurre questa tecnologia, il professor Song ha risposto che utilizzando hardware convenzionale disponibile in commercio, oltre a una certa dose di competenze pratiche e informatiche, è possibile restaurarla quasi completamente e riprodurla per "circa 10.000 yuan".

Naturalmente, questa è solo una stima approssimativa e ottimistica. Non significa che chiunque possa iniziare a produrre hard disk in casa spendendo 10.000 yuan. Significa solo che la tecnologia alla base di questa carta non è difficile da riprodurre e ha una soglia di diffusione bassa.

Tecnologia fredda, futuro caldo

Il ghiaccio non è certamente un supporto di archiviazione che funziona bene in tutti gli scenari e non può sostituire completamente le unità a stato solido, che offrono enormi vantaggi in termini di densità di archiviazione e durata. Ma questo non significa che esplorare il ghiaccio come supporto di archiviazione sia un'illusione. Infatti, le sfide incontrate dalle tecnologie di archiviazione tradizionali basate sull'elettricità possono essere risolte dal ghiaccio.

Prendiamo ad esempio le regioni polari. Le apparecchiature elettroniche tradizionali non solo devono affrontare la sfida delle basse temperature, ma sono anche limitate dalla mancanza di elettricità. Anche il trasferimento di enormi quantità di informazioni via satellite è costoso e instabile. In questo mondo bianco, un pezzo di ghiaccio apparentemente comune può contenere importanti scoperte dell'intero team della spedizione scientifica.

Oppure, all'ombra della guerra, gli impulsi elettromagnetici possono facilmente interrompere la vitalità delle apparecchiature elettroniche. La conservazione nel ghiaccio non consuma quasi energia. Un normale pezzo di ghiaccio può sostenere il peso di un server. Non può essere identificato tramite termografia né tracciato dalle radiazioni elettromagnetiche. È nascosto e sicuro.

Da un altro punto di vista, Ice Storage è una soluzione di "archiviazione a freddo" in senso letterale. I dati che devono essere conservati e sottoposti a backup, ma che non necessitano di essere letti frequentemente, vengono codificati in Ice e possono essere archiviati a costo zero.

L'accumulo di ghiaccio è particolarmente utile in caso di guasti elettrici e hardware, o persino in scenari apocalittici. Immaginate quando eventi meteorologici estremi scatenano uno tsunami, o quando gli esseri umani scatenano stupidamente l'ultima guerra mondiale e si spingono fino all'estinzione… L'accumulo di ghiaccio può fungere da ultima "arca dell'informazione" finché l'ambiente vitale della Terra non si riprenderà e la società rifiorirà.

Oggi, gli esseri umani hanno estratto il DNA dal ghiaccio e clonato con successo i lupi artici. Quando arriverà il momento della sopravvivenza umana, perché non ricorrere al ghiaccio per preservare migliaia di anni di conoscenze e patrimonio culturale, prova della nostra esistenza?

Naturalmente, dal punto di vista comune, queste cose sono troppo lontane, troppo precoci e troppo irrilevanti. Quindi cambiamo prospettiva: la terza e la quarta rivoluzione tecnologica, rappresentate da Internet e dall'intelligenza artificiale, hanno anche portato sulla Terra quantità eccessive di rifiuti elettronici. L'uso del ghiaccio per archiviare i dati riflette la filosofia ambientale opposta:

Le montagne di rifiuti elettronici nel prossimo futuro dei film di fantascienza non sono lontane. Quando le informazioni vengono lette e il ghiaccio non è più necessario, può essere perfettamente "degradato" in acqua, o direttamente destinato ad altri usi, come la conservazione, la logistica, l'alimentazione e persino l'edilizia.

Parlando di architettura, l'archiviazione delle informazioni non è l'unica fonte d'ispirazione per il team di Song Mengjie. A Tokyo, si è reso conto che l'uso di bolle controllate con precisione non si limita al ghiaccio, ma include anche materiali più solidi o multifase.

Qualche giorno fa, nel nostro ufficio al BIT, abbiamo parlato delle prospettive di impiego di questa tecnologia nell'ingegneria dei materiali.

Ad esempio, che sia a causa di un cambiamento climatico irreversibile o dell'esplosione della tecnologia aerospaziale, un giorno gli esseri umani diventeranno quella che Musk definisce una "specie multi-planetaria". Ma quando andranno a vivere sulla Luna o su Marte, scopriranno di non avere i materiali per costruzioni su larga scala. Molti team in tutto il mondo stanno esplorando la possibilità di condensare la polvere lunare in materiali solidi attraverso alte temperature e alta pressione, da utilizzare in edilizia.

Anche in questo caso, il principio dell'accumulo di ghiaccio è applicabile: controllando grandezze fisiche come temperatura e pressione, è possibile generare con precisione bolle (o inclusioni estranee) in vari materiali solidi. La dimensione, la morfologia, la quantità e la distribuzione delle particelle di queste bolle modificheranno anche le proprietà fisiche del materiale solido.

Supponiamo che per costruire un edificio siano necessari mattoni di forme diverse. Sulla Terra, questo avviene tramite fusione, taglio o stampaggio di materiali, che sono difficili da riutilizzare su pianeti extraterrestri. Tuttavia, controllando i materiali solidi tramite bolle per stampare "mattoni", è possibile romperli nella forma desiderata a mano o con un martello: questo migliorerà notevolmente l'efficienza costruttiva e la qualità della vita degli esseri umani nello spazio.

(Queste possibilità sono menzionate nell'articolo, ma a causa di alcune regole oggettive per l'accettazione dei manoscritti nelle riviste accademiche, questo articolo si concentra sull'archiviazione delle informazioni.)

Nella grande narrazione della rivoluzione tecnologica, le persone sono sempre alla ricerca di nuove scoperte: più veloci, più piccole, più potenti, più intelligenti, ecc. Ma a volte la vera innovazione richiede di "fare un passo indietro" e di riesaminare e utilizzare cose che diamo per scontate.

Dopo aver studiato questo articolo, ho formulato un'affermazione coraggiosa: la tecnologia più potente spesso non è la più complessa e completa, ma dovrebbe essere semplice, elegante e perfetta in uno scenario specifico. Non richiede terre rare, rifiuti elettronici e quasi nessuna elettricità, ma solo acqua, aria fredda e un po' di ingegno umano.

Infine, spero davvero che tu, che stai leggendo questo articolo, non abbia mai bisogno di utilizzare la tecnologia di accumulo del ghiaccio nel corso della tua vita. Ma se la fine dell'umanità è inevitabile, che i ghiacciai proteggano la speranza di una ripresa.