A Terra está esquentando, mas essas pessoas estão usando gelo para fazer discos rígidos

O armazenamento de informações é um dos cálices sagrados da busca tecnológica humana (além da IA).

De gravuras em pedra a cordões com nós, de cartões perfurados a fitas magnéticas e discos rígidos, os humanos tentaram todos os tipos de mídia de armazenamento, com alguns sucessos e alguns fracassos.

Mas agora, estudiosos do Instituto de Tecnologia de Pequim adicionaram um novo participante à corrida: um meio de armazenamento que estava escondido à vista de todos há milhares de anos.

Gelo. Gelo para a geladeira e para suas bebidas. Simples assim.

Não se trata de esculpir palavras no gelo, é claro… mas de um método mais sutil: codificar informações manipulando as pequenas bolhas presas quando o gelo se forma.

Essa tecnologia pode parecer um trocadilho intencional, mas pense bem: offline, fria e difícil de hackear — não é esse o significado literal de "armazenamento frio"?

O disco rígido da natureza, frio e velho

A Terra está esquentando, e algumas pessoas estão pensando em usar gelo como disco rígido. Que ideia maluca! Aliás, o princípio por trás disso é surpreendentemente elegante e sua eficácia já foi comprovada por bilhões de anos de reencarnação:

Cerca de 10% da superfície da Terra é coberta por gelo. A atmosfera circula pelos corpos d'água e, quando a água congela, ela aprisiona a atmosfera na forma de "bolhas aprisionadas". Núcleos de gelo antigos de todo o mundo selam os segredos da atmosfera ancestral e se tornam cápsulas do tempo naturais. Eles são um tesouro para os cientistas, restaurando a aparência da Terra bilhões de anos atrás e fornecendo novos insights sobre mistérios não resolvidos sobre o meio ambiente e a evolução.

Em outras palavras, se a Terra é um computador, então o gelo é seu "disco rígido". As bolhas que não conseguem escapar são inúmeros pontos de dados.

Sabendo dessas coisas, você pode ter uma experiência diferente na próxima vez que for a um bar: a busca do barman por cubos de gelo perfeitamente transparentes é, na verdade, contra as leis da natureza…

Como controlar com mais precisão as bolhas presas no gelo também é uma questão para Song Mengjie, professor do Instituto de Tecnologia de Pequim e especialista em termodinâmica. Ele me contou que, quando era pesquisador especial na Universidade de Tóquio, em 2018, realizou extensas pesquisas sobre bolhas presas de tamanho micrométrico e descobriu a ideia geral do controle de bolhas.

Essas descobertas criaram raízes em sua mente como sementes, dando origem a novas inspirações:

Já que a natureza pode usar o gelo como um "disco rígido", por que nós não podemos?

O princípio de controlar as bolhas é simples: quando a água congela, ela expele os gases dissolvidos, formando bolhas presas. Se esfriar muito rápido, as bolhas ficarão ovais; se esfriar muito devagar, as bolhas aparecerão em forma de agulha; se esfriar ainda mais devagar, não haverá bolhas — uma habilidade que bartenders experientes já dominam.

As formas dessas bolhas correspondem a 1 e 0, pontos ou linhas horizontais, ligado e desligado, isso não se torna um dado?

Mas essa descoberta por si só não basta. Se for apenas um mapeamento simples de 1 e 0, um pedaço de gelo pode não ser capaz de armazenar uma frase completa. A equipe precisa melhorar a eficiência e a densidade de armazenamento das informações codificadas para tornar essa descoberta mais realista.

A equipe do BIT construiu um dispositivo, que você pode imaginar como uma "impressora 2D", projetada especificamente para cubos de gelo: uma camada de água é colocada entre folhas de plástico transparentes, com uma placa fria por baixo para controle preciso da temperatura e, então, por meio de processamento preciso do sinal, uma curva de temperatura perfeita é projetada para a placa fria.

Controlando duas variáveis, temperatura e tempo, a equipe conseguiu gerar bolhas ordenadas de forma estável e eficiente. Isso é codificação, mas é mais como criar uma pintura em gelo.

O processo de decodificação também é simples e elegante, com uma estética compreensível para programadores: tire uma foto do gelo, converta-a em uma imagem em tons de cinza, e o algoritmo de visão computacional cuida do resto. O software lê o tamanho, a forma, a quantidade, a distribuição e outras informações da bolha, e as traduz para código binário ou Morse.

Imagine no filme "007", Bond, acostumado a beber dry martini, recebe um coquetel com um enorme cubo de gelo quadrado. Os olhos do barman o informam sobre a profundidade da porta. Bond lê rapidamente as bolhas no cubo de gelo com óculos inteligentes, e a informação confidencial é entregue.

É claro que ainda há um longo caminho a percorrer do laboratório até os sucessos de bilheteria de Hollywood.

Voltando à realidade, o professor Song admitiu que, embora a densidade do armazenamento em gelo não seja tão alta quanto a dos discos rígidos tradicionais, ela está muito além das expectativas iniciais da equipe: um pedaço de gelo de 10 x 10 cm "pode ​​armazenar cerca de 3 ou 4 páginas de informação".

Embora não consiga alcançar o SSD do computador, pelo menos para uma solução literal de "armazenamento a frio", já é bastante bom. O progresso da densidade de armazenamento não depende da equipe de pesquisa, mas da indústria. Esta pesquisa se concentra mais na ciência básica do que na demonstração de possibilidades de aplicação.

Quando questionado sobre a dificuldade de reproduzir essa tecnologia, o professor Song disse que, usando hardware convencional disponível comercialmente, além de uma certa quantidade de habilidades práticas e de informática, ela pode ser quase completamente restaurada e reproduzida por "cerca de 10.000 yuans".

Claro, esta é apenas uma estimativa aproximada e otimista. Isso não significa que qualquer pessoa possa começar a produzir discos rígidos em casa gastando 10.000 yuans. Significa que a tecnologia por trás deste papel não é difícil de reproduzir e tem um baixo limiar de popularização.

Tecnologia fria, futuro quente

O gelo definitivamente não é um meio de armazenamento que funcione bem em todos os cenários e não pode substituir completamente os discos de estado sólido, que apresentam enormes vantagens em termos de densidade de armazenamento e durabilidade. Mas isso não significa que explorar o gelo como meio de armazenamento seja uma ilusão. Na verdade, os desafios enfrentados pelas tecnologias tradicionais de armazenamento baseadas em eletricidade podem ser resolvidos pelo gelo.

Tomemos como exemplo as regiões polares. Os equipamentos eletrônicos tradicionais não só enfrentam o desafio das baixas temperaturas, como também são limitados pela falta de energia elétrica. O envio de grandes quantidades de informações via satélite também é caro e instável. Neste mundo branco, um pedaço de gelo aparentemente comum pode conter descobertas importantes de toda a equipe da expedição científica.

Ou, na sombra de uma guerra, pulsos eletromagnéticos podem facilmente cortar a vida útil de equipamentos eletrônicos. O armazenamento em gelo consome quase nenhuma energia. Um pedaço de gelo comum pode suportar o peso de um servidor. Ele não pode ser identificado por imagens térmicas nem rastreado por radiação eletromagnética. Ele fica oculto e seguro.

De outra perspectiva, o Ice Storage é literalmente uma solução de "armazenamento a frio". Dados que precisam ser retidos e copiados, mas não precisam ser lidos com frequência, são codificados no Ice e podem ser armazenados sem custo algum.

O armazenamento em gelo é especialmente útil em caso de falhas de energia e hardware, ou mesmo em cenários catastróficos. Imagine quando um clima extremo desencadeia um tsunami, ou quando os humanos, tolamente, iniciam a última guerra mundial e se levam à extinção… O armazenamento em gelo pode servir como a última "arca de informações" até que o ambiente vivo da Terra se recupere e a sociedade renasça.

Hoje, os humanos extraíram DNA do gelo e clonaram lobos do Ártico com sucesso. Quando chegar a hora da sobrevivência humana, por que não recorrer ao gelo para preservar milhares de anos de conhecimento e patrimônio cultural – prova da nossa existência?

É claro que, da perspectiva convencional, essas coisas estão muito distantes, muito precoces e muito sem importância. Então, vamos mudar de perspectiva: a terceira e a quarta revoluções tecnológicas, representadas pela internet e pela IA, também trouxeram quantidades excessivas de lixo eletrônico para a Terra. Usar gelo para armazenar dados é um reflexo da filosofia ambiental oposta:

As montanhas de lixo eletrônico do futuro próximo dos filmes de ficção científica não estão longe. Quando a informação é lida e o gelo não é mais necessário, ele pode ser perfeitamente "degradado" em água ou diretamente destinado a outros usos, como preservação, logística, alimentação e até mesmo na construção civil.

Falando em arquitetura, o armazenamento de informações não é a única inspiração para a equipe de Song Mengjie. Em Tóquio, ele percebeu que o uso de bolhas precisamente controladas não se limita ao gelo, mas também inclui materiais mais sólidos ou multifásicos.

Há alguns dias, falamos sobre as perspectivas de uso dessa tecnologia na ciência da engenharia de materiais em nosso escritório no BIT.

Por exemplo, seja devido a mudanças climáticas irreversíveis ou à explosão da tecnologia aeroespacial, um dia os humanos se tornarão o que Musk chama de "espécie multiplanetária". Mas quando os humanos forem viver na Lua ou em Marte, descobrirão que não têm os materiais necessários para construções em larga escala. Muitas equipes no mundo estão explorando a possibilidade de condensar a poeira lunar em materiais sólidos por meio de altas temperaturas e altas pressões para uso na construção.

O princípio do armazenamento em gelo também se aplica aqui: controlando grandezas físicas como temperatura e pressão, bolhas (ou inclusões estranhas) podem ser geradas com precisão em diversos materiais sólidos. O tamanho das partículas, a morfologia, a quantidade e a distribuição dessas bolhas também alteram as propriedades físicas do material sólido.

Suponha que a construção de um edifício exija tijolos de diferentes formatos. Na Terra, isso é feito por meio de moldagem, corte ou impressão de materiais, o que é difícil de reutilizar em planetas extraterrestres. No entanto, ao controlar materiais sólidos por meio de bolhas para imprimir "tijolos", você pode quebrá-los no formato desejado à mão ou com um martelo – isso aumentará significativamente a eficiência da construção e a qualidade de vida dos humanos no espaço sideral.

(Essas possibilidades são mencionadas no artigo, mas devido a algumas regras objetivas para aceitar manuscritos em periódicos acadêmicos, este artigo se concentra no armazenamento de informações.)

Na grande narrativa da revolução tecnológica, as pessoas estão sempre buscando novos avanços — mais rápidos, menores, mais fortes, mais inteligentes, etc. Mas, às vezes, a verdadeira inovação exige "dar um passo para trás" e reexaminar e utilizar coisas que consideramos certas.

Após estudar este artigo, cheguei a uma afirmação ousada: a tecnologia mais poderosa geralmente não é a mais complexa e abrangente, mas deve ser simples, elegante e perfeita para um cenário específico. Ela não requer elementos de terras raras, lixo eletrônico e quase nenhuma eletricidade, mas apenas água, ar frio e alguma engenhosidade humana.

Por fim, espero sinceramente que você, que está lendo este artigo, nunca precise usar tecnologia de armazenamento de gelo em sua vida. Mas se o fim da humanidade for inevitável, que as geleiras protejam a esperança de recuperação.