地球变暖背景下，冰成为新兴「硬盘」

信息存储是人类科技追求的圣杯之一（除了AGI之外）。从石板刻字、结绳记事，到打孔卡片、磁带硬盘，人类尝试过各种存储介质，有成功也有失败。如今，北京理工大学的学者带来了新的存储介质——冰，就是那种能装进冰箱、放进饮料里的普通冰。

当然，不是在冰上刻字，而是通过操控结冰时困住的微小气泡来编码信息。这技术听起来新奇，离线、冰凉且难以被入侵，正是字面意义上的「冷存储」。

大自然的硬盘，冰冷且古老

地球在变暖，有人想用冰当硬盘，看似脑洞大，背后原理却很优雅且经亿万年轮回证明有效。地球约10%的表面被冰覆盖，大气循环进入水体，水结冰时困住大气形成「受陷气泡」。古老冰芯封存着远古大气的秘密，是天然的时间胶囊，能帮助科学家还原亿万年前的地球模样。

也就是说，如果把地球比作计算机，冰就是它的「硬盘」，气泡就是数据点。

图示：上古大气被封存在冰里，后世人类用它了解史前地球

北理工大学教授、热力学专家宋孟杰也在思考如何更精确控制冰里的受陷气泡。2018年他在东京大学做特别研究员时，就对微米级受陷气泡做了不少研究，有了控制气泡的思路。他想，既然大自然能用冰做「硬盘」，人类为什么不能？

控制气泡的原理是：水结冰会挤出溶解的气体形成受陷气泡，降温速度不同，气泡的形貌也不同，如降温过急气泡呈椭圆状，慢一点出现针状气泡，再慢可能没气泡，资深调酒师就掌握了这个技巧。把这些气泡的形貌对应上1与0、点或横、开和关，就成了数据。

为了提高编码信息的效率和存储密度，北理工团队搭建了一个类似专为冰块设计的「2D打印机」的装置。在透明塑料片之间夹一层水，下面有冷板精确控温，通过精确的信号处理设计出完美的温度曲线。通过控制温度和时间，能稳定、高效地生成有序气泡，就像在冰中创作一幅画。

生成（编码）气泡的过程

解码过程也很简洁。给冰拍照转换成灰阶图像，计算机视觉算法读取气泡的粒径、形貌、数量、分布等信息，翻译成二进制或摩斯电码。

编解码系统的逻辑示意

使用摩斯码对CN（中国）和BJ（北京）字段进行编解码

人类终于掌握了和冰对话的能力，这虽像科幻小说，但却是现实。不过，从实验室到实际应用还有距离。宋教授说，冰存储的密度虽不及传统硬盘，但一块10 x 10厘米的冰片大约能存储3、4页纸的信息，对于「冷存储」方案来说已经不错。这项研究偏重基础科学，复现难度不高，用市售常规硬件，加上一定动手和计算机能力，一万块钱左右就能复现。

图示：制冰机关（B），以及整个编解码系统的配置简图（A）

冷技术，热未来

冰虽不能完全取代固态硬盘，但能解决传统存储技术面临的挑战。在极地，传统电子设备面临低温和电力匮乏问题，卫星上传信息昂贵且不稳定，而冰可能承载科考队的重要发现。在战争中，电磁脉冲会切断电子设备生命线，冰存储几乎不耗能，隐蔽又安全。

冰存储还是字面意义上的「冷存储」方案，可零成本保存需留存备份、无需频繁读取的数据。在极端情况下，如极端气候或世界大战，冰存储可作为「信息方舟」。人类还能用冰给后代传递信息，像永不破裂和丢失的漂流瓶。

同理，人类可以用冰给后代传递信息，就像永不破裂和丢失的漂流瓶

此外，冰存储体现了环保哲学。信息读取完后，冰块可降解为水或用于其他用途。而且，精确控制气泡的技术不仅用于冰存储，还可用于材料工程科学。比如人类未来成为「多行星物种」，在月球、火星缺乏建筑材料，可通过控制月尘等固态材料内的气泡来改变其物理特性，用于建筑。

欧洲空间局用月尘铸造的「积木」，重达1.5吨

在技术革命中，真正的创新有时需要重新审视和利用常见的东西。冰存储技术简约、优雅，特定场景下很完美，不需要稀土元素，不产生电子垃圾，几乎不消耗电能。最后，希望大家这辈子都用不到冰存储技术，但如果人类面临终焉时刻，愿冰川能守护复苏的希望。

文 | 杜晨

本文来自微信公众号“爱范儿”（ID：ifanr），作者：发现明日产品的，36氪经授权发布。

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