«Смотри, мама, без электричества»

Ученые передали зашифрованную фразу на расстоянии без использования электричества

Ученые благополучно передали зашифрованную фразу на расстоянии без использования электричества. Этот эксперимент может стать началом развития нового принципа передачи данных — информационной химии.

Современный человек постоянно сталкивается с процессом передачи информации. В XXI веке как правило не составляет большого труда передать то или иное сообщение сколь угодно далеко (по меркам земного шара). Но в какой-то момент могут возникнуть непредвиденные трудности, ведь, к примеру, мобильный телефон всегда может разрядиться, а ноутбук перегреться или просто оказаться вне зоны доступности беспроводного или вообще какого-либо еще интернета.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3212209",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_3214434_i_1"
}

В этой связи большой интерес представляют новые методы передачи информации, которые как можно меньше зависят от современных достижений науки и техники. Конечно, поначалу такие методы могут вызывать скептические усмешки как в силу своей простоты и тривиальности, так и в силу сложности процесса.

Несмотря на это, не исключено, что новые методы со временем вырастут в эффективную отрасль передачи информации.

В конце концов, первые радиоприборы Попова и Маркони устанавливали связь на несколько сот метров, а сейчас радио является одним из основных видов беспроводной связи, без которого совершенно нельзя представить современное общество.

Так что, может, и ученые из Гарвардского университета во главе с Джорджем Уайтсайдзом, предложившие принципиально новый способ передачи информации — без электричества и батареек — со временем войдут в историю. Идея их работы, результаты которой опубликованы в PNAS, состоит в передаче двоичного кода в виде импульсов цветного пламени, генерируемого с помощью химической реакции на так называемом «информационном фитиле» без использования электрического тока.

В какой-то степени этот процесс можно сравнить с сигнальными кострами или семафорными флагами, использующими азбуку Морзе.

Предлагаемая система — источник информации — получила условное название «инфофитиль» и представляет собой полоску из горючего материала (авторы работы использовали нитроцеллюлозу). Для кодировки информации на фитиль наносятся соли различных металлов. Это легко сделать с помощью обычного струйного принтера или микропипетки. Так как при горении ионы разных металлов испускают свет с разной длиной волны, то и нанесенные на фитиль соли при горении будут излучать разные цвета. Аналогичным образом достигается эффект разноцветного фейерверка: синий цвет дают соли меди, зеленый — бария, желтый — натрия, красный — лития, стронция и кальция, а в области, близкой к инфракрасному диапазону, «светят» калий, рубидий и цезий.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 2,
    "pic_fsize": "22851",
    "picsrc": "Принцип работы инфофитиля // Samuel W. Thomas III, et al./PNAS",
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_3214434_i_2"
}

«Инфофитиль» Уайтсайдза и коллег горит со скоростью 3–4 см/с, в зависимости от толщины и расстояния между нанесенными полосами солей. Информация с него может считываться детектором, которым является или цветная ПЗС-камера, или оптоволоконный кабель, соединенный со спектрометром.

В ходе испытания своего метода передачи информации ученые использовали три щелочных металла — литий, рубидий и цезий.

Информация была закодирована авторами на основе двоичной системы счисления. Используя два последовательных импульса, каждый из которых представляет собой комбинацию трех металлов, можно описать 2^(2*3)=64 буквы или символа. Впрочем, авторы ограничились 40 знаками: 26 букв латинского алфавита, 10 цифр от нуля до девяти, три знака препинания и символ «@».

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 3,
    "pic_fsize": "34886",
    "picsrc": "Схема кодировки, используемая авторами в своих экспериментах // Samuel W. Thomas III, et al. / PNAS",
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3214434_i_3"
}

Для проверки работоспособности своего метода авторы зашифровали фразу «Look Mom No Electricity» («Смотри, мама, без электричества» — перевод с английского). За несколько секунд горения пламя информационного фитиля поменяло цвет столько раз, сколько было букв в закодированной фразе.

Детектор благополучно зафиксировал изменения цвета и дешифровал фразу.

Цвет спектра

используется учеными в своих целях не в первый раз. Еще в XIX веке именно по цвету спектра был открыт новый элемент — гелий. 18 августа 1868 года французский учёный Жансен во время полного солнечного затмения в Индии впервые исследовал хромосферу Солнца. Спектрография солнечных протуберанцев выявила новую жёлтую линию, которая не принадлежали ни одному из ранее известных химических элементов. Он назвал новый элемент «гелием» от слова ήλιος — «солнечный». На Земле гелий был обнаружен только в 1895 году.

Спектральным методом в шламах свинцовых камер 1861 году английским ученым Уильямом Круксом был открыт и другой элемент — таллий. Он также назван по характерным зеленым линиям своего спектра и зеленой окраске пламени от греческого θαλλος — молодая, зелёная ветвь (сам металл имеет синевато-белый цвет).

Расстояние между инфофитилем и детектором во время испытания составляло 2 метра. Впрочем, авторы эксперимента предполагают, что на данный момент предельное расстояние детектирования достигает 30 метров при дневном освещении.

Уайтсайдз и его коллеги полагают, что их метод выгоднее использования обычных батареек, так как инфофитиль, в отличие от батарейки, не может разрядиться. Для преобразования цветового сигнала в цифровой нужна только энергия пламени, а само свечение происходит за счет химической реакции. Кроме того, химические кодировщики могут работать там, где могут перестать работать электромагнитные носители информации — например, под водой или в других жестких условиях, например, с аномальной температурой или давлением. Кроме того, ученые предполагают, что такая информационная химия со временем может быть весьма перспективным методом передачи информации, так как в нем применяется принципиально иной способ кодировки, в котором единица информации несет больший объем данных, чем обычный бит.