Текст книги "Юный техник, 2001 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 6 страниц)

Клинопись XXI века

Наступивший век, возможно, назовут веком информации. В самом деле, сегодня мы только и слышим этот термин. Причем одни жалуются, что информации не хватает, другие – что ее чересчур много, ну а третьи и вовсе затевают информационные войны…

Мы же хотим добавить в информационное море информацию о том, как лучше всего эту информацию хранить…

По следам прогресса

Первые попытки запечатлеть те или иные события, зафиксировать их относятся еще к каменному веку. В память об удачной охоте ее участники пытались отобразить наиболее драматичные моменты на каменных стенах своих пещер.

Изобретательные шумеры придумали клинопись. Она возникла на территории современного Ирака в III тысячелетии до н. э. Технология ее на редкость проста. На сырой глиняной табличке костяной палочкой вдавливали черточки знаков. Потом обладатели таблички либо сушили ее на солнце, либо обжигали в пламени костра или печи. В итоге и ныне, спустя 5000 лет, мы можем прочесть то, что хотели сказать древние.

Далее появились папирусы древних египтян. Потом хитроумные китайцы придумали, как делать бумагу, а арабы стали выделывать пергамент из козьих шкур.

Наши же изобретательные предки додумались писать на бересте – березовой коре.

Конечно, все эти способы хранения информации уступают разработанным ныне. Сегодня жесткие диски, которыми комплектуются обычные персональные компьютеры, вмещают уже 20–30 Гигабайт информации. А этого, между прочим, достаточно, чтобы вместить все книги, хранящиеся в неплохой библиотеке.

Более того, мощные суперкомпьютеры регистрируют информацию на магнитных носителях со скоростью, которую могла бы обеспечить лишь синхронная работа более чем миллиарда шумерских писарей!

И нашим современникам всего этого мало…

Информация на уровне атомов

Нынешние устройства магнитной памяти по принципу работы мало чем отличаются от хорошо всем знакомого магнитофона. Электрический ток, протекающий через записывающую головку, создает поле, заставляющее расположенные на магнитной ленте ферромагнитные частицы ориентироваться в соответствии с направлением тока. А эти частицы, в свою очередь, создают поле, которое, в зависимости от поляризации частиц, усиливает или ослабляет ток, протекающий через вторую, считывающую, головку. Усиление тока принято считать за «1», ослабление – за «0».

Современные инженеры намерены усовершенствовать такой носитель путем его миниатюризации. Записывающая и считывающая головки будущего представляют собой своего рода магнитный растровый микроскоп. Тончайшая игла с магнитным покрытием скользит по поверхности носителя. Если игла и находящаяся непосредственно под ней частица имеют противоположные намагниченности, то они притягиваются, если одинаковую – то отталкиваются. Колебания иглы тоже легко можно интерпретировать как «0» и «1».

Уменьшение же «головок» позволяет использовать более мелкие магнитные частицы. Инженеры полагают, что такие домены могут состоять всего лишь из нескольких десятков атомов.

Исследователь Ролланд Визенданбергер из Гамбургского университета считает, что таким образом удастся увеличить объем памяти стандартного носителя примерно в 10 000 раз по сравнению с нынешними. Причем новая технология и созданные на ее базе носители реально начнут использоваться уже через 5–7 лет.

Но и это не конечная цель ученых. В идеале физики хотели бы создать запоминающее устройство, роль носителей в котором будут играть отдельные молекулы и атомы.

Для таких исследований они используют растровый туннельный микроскоп, позволяющий регистрировать направление вектора магнитного момента каждого атома. Когда намагниченная игла микроскопа приближается почти вплотную к поверхности носителя, между ними вследствие так называемого туннельного эффекта возникает электрический ток.

Поддерживая его постоянным, физики добиваются, чтобы игла перемещалась вдоль носителя, то удаляясь от него, то приближаясь, в зависимости от направления магнитного момента тех атомов, над которыми она проходит.

Таким образом, колебания описывают своего рода атомный рельеф, в котором «горы» принимаются за «единицы», а «долины» – за «нули».

Сегодня ученые уже располагают возможностью магнитного считывания атомной структуры. Чего они пока не умеют, так это записывать на нее информацию. Прежде чем им удастся разработать такую технологию и продемонстрировать ее в лабораторных условиях, пройдет не менее 2–3 лет. А потом потребуется еще некоторое время, пока реальная продукция появится на рынке. Но в конечном итоге такая концепция позволит увеличить емкость носителя информации в 100 миллиардов раз по сравнению с нынешними стандартами!

Художник Ю.САРАФАНОВ

Две стороны одной медали

Итак, с одной стороны, налицо огромный прогресс в скорости записи и массивах накопленной информации. С другой же – никто не уверен, что эта информация сможет просуществовать столь долго, как наскальные рисунки каменного века или хотя бы таблички шумеров…

Ведь сохранность информации – очень сложная проблема, с которой современные специалисты сталкиваются на каждом шагу. Типичным примером могут послужить трудности, которые приходится преодолевать сотрудникам Государственного федерального архива в Кобленце при разборе гигантского массива данных бывшей ГДР.

Эксперты столкнулись сразу с тремя проблемами. Во-первых, весьма недолговечными оказались сами носители информации – магнитные ленты и дискеты. Во-вторых, архивариусы обнаружили, что программное обеспечение, считавшееся стандартным в ГДР, несовместимо с теми операционными системами, которые применялись в то время на Западе и уж тем более с теми, что повсеместно применяются сегодня. И, в-третьих, столь же несовместимыми оказались аппаратные средства – то есть сами ЭВМ и периферийные устройства.

Однако не стоит думать, что все дело лишь в несовместимости восточных технологий с западными. Главная причина – технический прогресс как таковой. Стремительная смена поколений компьютеров и версий программ усложняет или даже делает невозможным использование совсем, казалось бы, свежих баз данных. Потому что свежайшая разработка буквально через несколько лет может быть воспринята компьютерщиками как отголосок далекого каменного века.

Когда несколько лет тому назад Джером Ланье, изобретатель термина «виртуальная реальность», захотел выставить в музее компьютерную игру 80-х годов XX века «Лунная пыль», у него ничего не вышло. Он не смог найти ни компьютера «Коммандор-64», ни подходящего джойстика, что же тогда говорить о таких носителях информации, как перфокарты, если сегодня уже редкостью стал дисковод для гибких дискет диаметром в 5 с четвертью дюйма, имевших широкое распространение еще лет 8 – 10 тому назад.

Столь же серьезная проблема – физическое старение носителей информации. Та же клинопись сохранилась тысячелетия потому, что таблички оказались обожжены до твердости камня. Пергаменты и бумага средневековья, выделанные без применения кислот, способны сохранять тексты в течение нескольких сотен лет. А вот те же магнитные ленты, которыми пользовались повсеместно еще 10 лет назад, уже непригодны к дальнейшей эксплуатации. И если даже хранить магнитные носители в идеальных условиях, это не гарантирует им долговечность. Ведь при считывании информации лента трется о головку, а значит, имеет место ее механический износ. Намагниченность ее постепенно снижается, и в какой-то момент начинаются сбои.

То же самое относится и к нынешним дискетам диаметром в 3,5 дюйма. При каждом использовании головка дисковода соприкасается с активным слоем. Быстрее всего изнашивается тот участок дискеты, на котором размещено оглавление. В общем, как показывает практика, содержимое таких дискет надо копировать не реже чем каждые 5 лет.

Жесткие диски более долговечны. По расчетам производителей, их ресурс – порядка 30 лет. Однако есть ли гарантия, что спустя хотя бы четверть века вы найдете такой компьютер или просто дисковод, способный перекопировать информацию, записанную на диске? Кроме того, 250 тыс. часов гарантии такого диска – всего лишь теоретический показатель. На практике никто его не проверял.

В общем, сегодня самыми надежными и долговечными считаются оптические носители информации – СД-ромы и ДВД. Сначала реклама утверждала, что они вообще вечны. Однако ныне предполагаемый срок уже снизили до 100 лет. Но это опять-таки лишь теоретический показатель, и никто толком не знает, как поведут себя диски спустя веет два десятилетия.

В общем получается, что нынешним носителям далеко по долговечности до шумерских клинописных табличек.

Электронная информация весьма уязвима. Над знаниями, накопленными человечеством за последние десятилетия, нависла угроза забвения. Немалое количество информации уже безвозвратно утрачено.

Однако говорить об этом никто не хочет всерьез – уж больно щекотливая тема. Ведь получается, что нынешний триумф цифровых технологий – своеобразный полет бабочки-однодневки. Как на это посмотрят магнаты современной микроэлектроники?

Между тем, уже достоверно известно, что в США утрачены данные переписи населения, проведенной всего лишь в 1960 году. Та же печальная участь постигла базу данных, где помещалась программа НАСА по исследованию Сатурна в 70-е годы.

Тем не менее перевод информации с бумажных носителей на диски продолжается во всех ведущих библиотеках мира. А что, если в один не очень хороший день выяснится, что цифровые каталоги «полетели», а бумажные опрометчиво сданы в утиль?

Угроза эта вполне реальна. И потому ученые задумались о создании способа хранения информации, поневоле заставляющего вспомнить изобретение шумеров.

Возвращение к клинописи?

Принципу письма шумеров – выдавливанию знаков твердым предметом на мягком материале – похоже, суждено пережить ренессанс в информатике, полагает немецкий физик Герд Бинг, лауреат Нобелевской премии, руководитель исследовательского центра ИБМ в Цюрихе. Инженеры ныне намерены записывать, считывать и стирать информацию на современных носителях так же, как это делали в древности – механически.

Детище Бенига и его коллег носит название «миллипед», что в переводе с латинского означает «тысяча ног». В этом механическом носителе, как и в магнитном, главную роль играет тончайшая игла растрового микроскопа – модернизированная версия того, за который Бениг был удостоен Нобелевской премии в 1986 году.

Идея, положенная в основу миллипеда, достаточно проста. При записи нагретая игла выдавливает в полимерной пленке мельчайшие углубления диаметром всего несколько атомов. При считывании та же игла, попадая в углубления, немного охлаждается, и эта потеря тепла позволяет судить о наличии выемки, что принимается за «1».

– В миллипеде одновременно используются тысячи таких игл, так что весь процесс условно можно назвать наноклинописью, – говорит Герд Бениг. – Я думаю, что это действительно маленькая революция в информатике. Однако она прежде всего происходит в нашем сознании. Ведь мы привыкли считать микроэлектронику технологией будущего. Однако на самом деле будущее за механикой вместе с электроникой. И конечно, миллипед – лишь первый шаг в этом направлении…

Правда, пока даже сам Бениг не уверен, что новая клинопись сможет соперничать со старой по долговечности. Вместо пластика придется поэкспериментировать еще со стеклом, керамикой и другими долговечными материалами…

В общем, если в ближайшие годы исследователям не удастся создать долговременные способы хранения электронной информации, то память о нашей эпохе может оказаться весьма короткой.

Так что позвольте пока дать один чисто практический совет: работая с компьютером, подстраховывайтесь, распечатывайте и храните на бумаге особо важные файлы.

Публикацию по иностранным источникам подготовил Максим ЯБЛОКОВ

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Точка, точка, запятая… и вышла…

Истории, говорят, свойственно повторяться. Исследователи США вновь получили неопровержимые доказательства, что на Марсе существовала цивилизация, аналогичная земной. Так, во всяком случае, пишет американская газета «Сан». НАСА обнародовало новую серию снимков поверхности Красной планеты, сделанных спутником «Марс глобал сервейор».

Исследователи сразу обратили внимание на снимок, впервые запечатлевший на горной поверхности Марса еще один гигантский барельеф – человеческое лицо размером в 2 мили. И уфологи тут же вновь вспомнили об истории «марсианского сфинкса», о котором мы вам уже рассказывали (см. «ЮТ» № 9 за 1989 г.). Ну, а что на самом деле разглядели нового исследователи Красной планеты?

Изображение «марсианского сфинкса» весьма обманчиво…

Руководитель вашингтонского центра по изучению аномалий, профессор Том ван Флиндерн, сообщает газета далее, считает, что изображение могло быть создано только искусственным путем, а силы природы за многие тысячи лет стерли некоторые его черты.

– Марсиане, которые были такими же людьми, как и мы, выдолбили лицо в скалах, так же как мы изваяли своих президентов на горе Рашмор в Южной Дакоте, – заявил ученый. – Мы сделали самое важное открытие в истории цивилизации. Изучив изображение со всех точек, учтя все параметры, игру света и теней, проведя компьютерную обработку изображения, исследователи пришли к выводу, что оно искусственного происхождения. На скалах также отчетливо заметны какие-то символы и надписи…

По словам ван Фландерна, на других фотографиях различаются рукотворные тоннели, пирамиды и какие-то письмена. Все они обнаружены в не изученном до сих пор районе планеты и находятся в 3 тысячах миль от знаменитого изображения, снятого еще в 1976 году и вроде бы напоминающего египетского сфинкса.

Казалось бы, есть повод для восторга – получены явные доказательства того, что мы не одни во Вселенной, что на Марсе существует (или, по крайней мере, существовала) разумная жизнь.

Однако большого шума что-то не слышно. Многие ученые весьма настороженно отнеслись к сообщению ван Фландерна. Человек видит то, что хочет увидеть, а больше всего, утверждает психология, он хочет видеть самого себя, рассуждают они. Мы видим человеческий образ в корне женьшеня, скале, во множестве других окружающих нас предметов. Не избежал антропоморфизации и космос. Человеческое воображение заставляло созвездия становиться героями и богами, в кометах люди видели копья, пущенные рукой невидимых воинов, Солнце принимали за глаз сверхъестественного существа, на Луне угадывали чей-то лик…

А в конце века, с развитием исследовательской космонавтики и после полетов к Марсу советских и американских аппаратов, на марсианской поверхности энтузиасты начали обнаруживать города, пирамиды, сфинксов и рисунки.

Так, если помните, 25 июля 1976 года, когда аппарат НАСА «Викинг-1» фотографировал область Сидония в поисках места для посадки спускаемого модуля «Викинг-2», в фокус камеры попала маленькая, около полутора километров в поперечнике, возвышенность. По иронии судьбы ее изображение дошло до Земли с искажениями. В результате ученые получили фотографию, на которой черные точки, появившиеся из-за ошибок в двоичном коде, превратили ничем не примечательную горку в изваянное из камня человеческое лицо.

Специалисты НАСА окрестили снимок «Лицо на Марсе» или «Марсианский сфинкс». Он попал в газеты, и буквально сразу же сотни людей, одержимых идеей существования инопланетной цивилизации, восторжествовали. В их воображении обычная горушка стала древним сооружением могущественной марсианской цивилизации, через века обращенной к повзрослевшему человечеству. Про «Марсианского сфинкса» тут же написали не один десяток книг, которые принесли авторам и издателям миллионы долларов.

Однако 5 апреля 1998 года станция «Марс глобал Сервейор» с расстояния около 450 км от поверхности Красной планеты сделала детальные снимки «лица». На снимках оказались лишь неровности почвы и следы эрозии, имеющие весьма отдаленное сходство с изображением человеческого лица.

Однако в целом разочарование людей по поводу реальности космических скульптур пошло на пользу здравому смыслу. Когда 28 октября 2000 года исследовательский аппарат «НИАР-Шумейкер» с высоты 194 км сфотографировал астероид Эрос, на снимке отчетливо изобразился неприветливый профиль с носом, глазом и даже бородавками. Но ученые уже не торопились давать снимку громкое имя, а голоса тех, кто опять подозревал инопланетное присутствие, раздавались уже намного тише.

Наконец, когда «Марс глобал Сервейор» сфотографировал кратер, названный «Счастливое лицо», никто не принял его за послание марсиан. Между тем кратер Галле действительно выглядит из космоса, как рисунок улыбающейся рожицы. Легко различить глаза и линию рта с задорно загнутыми вверх уголками. Случай сделал рельеф кратера похожим на детский рисунок, изрядно порадовавший ученых и любителей астрономии.

Такой себе представили поверхность Марса фантасты в 50-е годы XX века.

_{Публикацию подготовил М.ЯБЛОКОВ}

СОЗДАНО В РОССИИ
Хороши из осины… подшипники!

У прогресса множество примет. Одна из них – появление новых материалов. И в самом деле, сто лет назад инженеры могли лишь мечтать о временах, когда в их распоряжении окажутся легкие и прочные сплавы, а уж о том, что из углерода когда-нибудь научатся получать сверхлегкие, сверхпрочные и притом пластичные материалы, даже предположить никто не мог. Но значит ли сказанное, что традиционные материалы исчерпали свои свойства?

Научный сотрудник Воронежской лесотехнической академии Алексей Аксенов разложил на столе куски дерева разной конфигурации.

– Вот из этой осины делают подшипники, которые по своей износостойкости не уступают чугунным и стальным, – сказал он. Используются они в нефтедобывающей промышленности, на тех самых качалках, которые без устали «кивают» нам в каждой телепередаче про «черное золото»…

И вот какие подробности выявились из дальнейшего разговора. Как известно, добыча нефти – дело хоть и необходимое, но довольно грязное в самом прямом смысле этого слова: за рабочий день нефтяники перемазываются с ног до головы.

Но люди по окончании смены имеют возможность смыть грязь. А механизмы? Они работают в ней круглые сутки. В итоге всего через несколько дней из-за набившейся грязи и песка напрочь выходят из строя подшипники скольжения. Приходится их менять, а это значит, нужно останавливать производство, теряя драгоценное время, а значит, и немалые деньги. Ведь ни для кого не секрет, что львиную долю нашего экспорта составляют именно нефть и нефтепродукты.

Традиционно в подшипниках скольжения стояли латунные втулки. И вот теперь наши специалисты предложили поменять их на деревянные. Абсурд? Отнюдь! Такая замена, как показали испытания, позволила втрое удлинить срок работы между ремонтами оборудования. Кроме того, новые вкладыши намного дешевле тех же детален из латуни, бронзы, олова или баббита.

Почему деревянные втулки и вкладыши почти не изнашиваются? Поскольку древесина – материал пористый, она попросту вбирает, впитывает в себя абразивные частички грязи, и они перестают мешать работе. Еще одна особенность деревянной втулки состоит в том, что во время работы она слегка как бы «распрессовывается», разбухает и тем самым компенсирует истирание.

Мой собеседник употребил именно это слово – «распрессовывается». Значит, дерево предварительно прессуют?

– Совершенно верно, – пояснил А. Аксенов. – Сверхпрочность древесины достигается в процессе ее модификации. Делается это примерно так. Берется круглячок из гибрида осины с тополем и постепенно обжимается в прессе до нужного диаметра. Поскольку в древесине рыхлых пород пустоты достигают 60 % общего объема, то для обжатия не нужны большие мощности. В итоге получаются заготовки, твердость и плотность которых становится больше, чем, скажем, у дуба. Или, говоря техническим языком, плотность материала увеличивается от 200–400 кг/см ³ до 800 – 1400 кг/см ³.

Гибрид же двух деревьев тоже выбран не случайно. Тополь быстро растет, так что не будет недостатка в сырье. Ну а осина дает нужную плотность. Под Воронежем уже заложены плантации, на которых выращиваются деревья с нужными свойствами.

– Древесину можно спрессовать до такой плотности, что в ней вообще не останется пустот, – продолжает свой рассказ Алексей. – Но кроме того, есть и другие способы модифицирования. Например, при сушке в СВЧ-печах существенно повышается прочность дерева, а пропитка различными составами позволяет придать древесине нужные свойства, например, негорючесть. Или способность выделять при работе смазку, что опять-таки существенно снижает износ.

Наконец, прессование и склеивание позволяют получать материал практически неограниченных размеров. Вспомните хотя бы фанерные листы, которые бывают значительно толще любых досок. Ныне из прессованной и клееной древесины делают даже балки перекрытий длиной в десятки метров, детали для планеров и самолетов, щитовой паркет, панели для внутренней отделки помещений.

В общем, получается, дерево нам послужит и в XXI веке!

Валерий ДУБИНСКИЙ