«Смотри, мама, без электричества»

Ученые передали зашифрованную фразу на расстоянии без использования электричества

,
scienceblogs.com
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.

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.



Принцип работы инфофитиля // Samuel W. Thomas III, et al./PNAS

Принцип работы инфофитиля // Samuel W. Thomas III, et al./PNAS

«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 »@».

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.

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.