Клейкая лента как носитель информации
Эта история началась в пятницу 13-го числа, что, конечно же, не сулило ничего хорошего. Тогда, в марте 1998-го года, Штеффен Нёте (Steffen Noehte), научный сотрудник Европейской лаборатории средств аудиовизуальной информации в Гейдельберге и преподаватель кафедры информатики университета в Мангейме, совместно со своим студентом-дипломником Маттиасом Гершпахом (Matthias Gerspach) готовил экспонаты для предстоящего участия в международной ярмарке компьютерных технологий CeBIT в Ганновере. Уже не первый месяц учёный экспериментировал с различными полимерными материалами, пытаясь на их основе разработать новый, более простой, неприхотливый в обращении, а главное – гибкий оптический носитель информации, на котором данные могли бы выжигаться лучом лазера. Штеффен Нёте вспоминает:
У нас ещё оставалось некоторое время до CeBITа, и было свободное место в экспозиции, и мы раздумывали, что бы такое нам ещё представить на нашем стенде, и тут нам пришла в голову довольно безумная, на первый взгляд, идея посмотреть, как будет вести себя под действием луча полупроводникового лазера валявшийся на столе ролик клейкой ленты.
Речь идёт о самой обычной прозрачной клейкой ленте из магазина канцелярских или хозяйственных принадлежностей. В России, как и в большинстве других стран, её часто именуют «скотчем», поскольку именно под таким шотландским названием продавал по всему миру свои замечательные ленты и плёнки самого разного назначения их разработчик и производитель – американский концерн «3М». В Германии же лидером в производстве подобного рода изделий издавна является гамбургская компания «tesa AG», а потому здесь такую плёнку именуют не иначе как «tesa-Film». Но это так, небольшое отступление, что были понятны некоторые названия, о которых речь ещё впереди. Пока же вернёмся к странной идее Штеффена Нёте. Собственно говоря, она родилась не от хорошей жизни, – признаётся учёный:
Нам не хватало материалов, поскольку промышленность не готова была поставлять нужные нам вещи малыми партиями, а закупать всё тоннами и километрами мы не могли. Это и заставило нас экспериментировать с разного рода потребительскими товарами. И вот в тот день мы решили провести опыт с клейкой лентой. Честно говоря, мы сами не верили в успех, считали, что это так, баловство, но первая же попытка оказалась чрезвычайно удачной. Результаты были значительно лучше, чем со всеми прочими полимерными материалами, испробованными нами раньше.
Оказалось, что под действием лазерного луча внутренняя структура клейкой ленты меняется, что, в свою очередь, приводит к изменению её оптических свойств, в частности, показателя преломления. На ленте образуются едва заметные невооружённым глазом тончайшие помутнения и разводы – что-то похожее можно наблюдать, добавив в стакан с водой каплю спирта. Именно эти колебания прозрачности и позволяют использовать ленту, словно миниатюрную перфокарту, для хранения информации. А поскольку все эти микроскопические узоры могут быть нанесены очень плотно друг к другу, на маленький отрезок ленты помещается огромное количество информации. Получается своего рода голограмма, прочитать которую можно, осветив лучом света, словно слайд в диапроекторе. У клейкой ленты как носителя информации оказалось множество немаловажных достоинств, – говорит Штеффен Нёте:
Когда речь заходит о накоплении и хранении информации, то производство соответствующих носителей требует, как известно, особо чистых помещений, цеха оборудуются шлюзами противопыльной защиты, персонал вынужден работать в специальных костюмах. Поэтому мы думали, что клейкая лента будет в этом отношении полной катастрофой, что мы обнаружим там уйму пыли и грязи. Однако выяснилось, что это вовсе не так: видимо, клейкая лента «tesa» производится в очень чистых условиях.
А этим, в свою очередь, объясняется низкая частота появления ошибок: даже без системы коррекции из 10-ти тысяч бит информации неверным оказывается лишь один. Иными словами, по данному показателю клейкая лента «tesa» не уступает магнитным лентам, используемым в ответственных резервных запоминающих устройствах. Однако этим её достоинства не исчерпываются. Немаловажно, например, что она водо- и термостойка. Испытания на стойкость к воздействию агрессивных сред, правда, ещё только предстоит провести. Зато уже сейчас ясно, что клейкая лента является на редкость долговечным и стабильным носителем, практически не поддающимся старению. Испытания в климатической камере показали, что по этому параметру она не уступает компакт-диску:
Поначалу мы думали, что все эти наши лазерные забавы с клейкой лентой – своего рода бабочка-однодневка. Однако сейчас мы с удивлением видим, что даже та наша самая первая голограмма, выжженная в 1998-м году, до сих пор ничуть не потускнела, не утратила ни ясности, ни чёткости.
Кроме того, лента «tesa» очень дёшева в производстве. Но самое любопытное – то, что прочие полимерные плёнки, включая и вроде бы такие же клейкие ленты других производителей, не годятся на роль носителей информации. Очевидно, технология производства ленты «tesa» имеет какие-то особенности, которые и придают ей уникальные свойства.
Разработка Штеффена Нёте вызвала тогда фурор. Многие даже сочли всю эту историю первоапрельской шуткой, тем более что номер журнала «Шпигель» со статьёй о новой функции клейкой ленты вышел как раз в начале апреля. Но это была не шутка, и все тут же заговорили о революции в хранении информации, о новом оптическом носителе, которому принадлежит будущее. Нёте вспоминает:
В 1998-м году пресса очень активно обсуждала проект, которому она дала название «tesa-ROM» – по аналогии с широко известным CD-ROMом. То есть имелось в виду создание оптического носителя в виде рулона клейкой ленты – небольшого цилиндра, на котором помещалось бы 3 гигабайта информации.
Теоретически максимальная информационная ёмкость стандартного ролика клейкой ленты «tesa» шириной 19 миллиметров и длиной 10 метров достигает 10-ти гигабайт – это в 15 раз больше, чем ёмкость CD-ROMа. Предполагалось, что записывающие и считывающие устройства оригинальной конструкции – чуть было не сказал «дисководы», хотя в данном случае правильнее говорить о «ролиководах», – будут записывать и считывать информацию послойно, не разматывая ленту, а лишь меняя фокусировку лазерного луча. При этом записывающая и считывающая головки должны были разместиться внутри ролика. Правда, быстро реализовать на практике все эти проекты не удалось, и шумиха постепенно улеглась. Однако идея не умерла. Её авторы продолжали свои эксперименты. Недавно Штеффен Нёте вместе с двумя коллегами основал в Гейдельберге фирму «tesa-scribos» – дочернее предприятие компании «tesa AG». И вот теперь исследователи представили общественности свою первую готовую разработку, именуемую «Holospot». Речь идёт о миниатюрной, размером всего в один квадратный миллиметр, этикетке, которая может наклеиваться на любое изделие. Спрос на такие этикетки весьма велик, однако сама их концепция в процессе разработки претерпела некоторые изменения, – говорит Штеффен Нёте:
Сперва мы считали, что вполне хватит нанести на каждое изделие одно достаточно большое число – ну, скажем, длиной в 96 бит, – и это будет своего рода идентификационный код, который позволит найти все необходимые сведения об этом изделии в соответствующих базах данных. Однако вскоре выяснилось, что большинство клиентов такое решение не устраивает: они хотят иметь всю эту информацию непосредственно на изделии, поскольку базы данных могут оказаться по той или иной причине временно недоступны.
Новые миниатюрные этикетки практически невозможно подделать. В этом и состоит их главное достоинство. Предполагается, что они будут наклеиваться на такие изделия как, скажем, дорогие лекарства, выполняя функцию сертификата подлинности. Ещё одна потенциальная сфера применения – логистика. Несмотря на крохотные размеры, мини-этикетки могут вместить не только ту информацию, которая сегодня содержится в разных наклейках со штриховыми кодами, но и полные тексты накладных и всех прочих сопроводительных документов к грузам. Считываться эти данные будут с помощью специального прибора, – поясняет Штеффен Нёте:
«Holospot» – это крохотная голограмма. Вот я подношу к ней прибор, и звук подтверждает, что информация считана. Она тут же появляется на дисплее: что это за товар, каково его происхождение, куда и когда он должен быть доставлен и так далее. На крохотной поверхности такой мини-этикетки помещается до 1 килобайта информации.
Впрочем, в сфере логистики время революционных преобразований ещё не наступило, – признаёт Штеффен Нёте:
На этот рынок мы выйти пока не можем. Сначала мы должны провести полевые испытания и доказать всем, что наша мини-голограмма достаточно надёжно функционирует в менее масштабных закрытых сетях снабжения и логистики. Крупные транспортные агентства или фирмы, занимающиеся доставкой посылок и бандеролей, никогда не возьмут на вооружение новую непроверенную систему, потому что в случае сбоя это приведёт к полному хаосу.
Параллельно продолжается и работа над созданием нового оптического носителя информации для массового потребителя. Штеффен Нёте говорит:
Проект «tesa-ROM» всё это время как бы пребывал на заднем плане, но теперь, после образования фирмы «tesa-scribos», снова обрёл актуальность. Компания «tesa AG» поручила нам до конца года представить работающий прототип такого носителя.
Уже сегодня в лаборатории гейдельбергской фирмы лазерный луч легко прописывает до 5-ти слоёв прозрачной клейкой ленты. Пока, правда, речь идёт о носителе одноразового действия, то есть нанесённая однажды запись не может быть стёрта и перезаписана, но ведь и ролик такой ленты стоит всего несколько центов. Поэтому разработчики настроены в целом оптимистично, но оценивают перспективы трезво:
Мы полагаем, что со временем, возможно, такой «tesa-ROM» найдёт применение в небольших портативных приборах. Однако точному прогнозированию такие вещи не поддаются. Нам известно в этой области немало отличных проектов, которые пылятся в архивах и не реализуются по политическим или экономическим соображениям, и множество идей, которые провалились только потому, что появились на рынке не вовремя.
Столь печальная судьба данному проекту, судя по всему, не грозит, хоть он и стартовал в пятницу 13-го числа.
А теперь – о другой истории, тоже лишь сейчас получившей своё завершение. Правда, она началась гораздо раньше – 525 лет назад. Великий итальянский художник, учёный и изобретатель эпохи Высокого Возрождения Леонардо да Винчи оставил потомкам огромное количество технических рисунков. Большая часть набросков и чертежей составляет так называемый «Атлантический кодекс», хранящийся в Миланской библиотеке Амброзиана. Страницы этого манускрипта наглядно свидетельствуют о том, что гениальный изобретатель да Винчи спроектировал множество технических устройств, в которых без труда узнаются прототипы современных парашютов, водолазных скафандров, вертолётов, танков и даже подводных лодок. Правда, практически ни одно из этих изобретений при жизни автора так и не было реализовано. Зато теперь историки, археологи и инженеры пытаются с помощью самых современных технологий наверстать упущенное, и первый шаг в этом направлении уже сделан: во Флоренции в натуральную величину воссоздана спроектированная Леонардо да Винчи «самодвижущаяся повозка» – прототип современного автомобиля. Паоло Галлуцци (Paolo Galluzzi), директор местного Музея истории науки, поясняет:
Лаборатория нашего музея в сотрудничестве со специалистами в области роботостроения и при деятельном участии Карло Педретти (Carlo Pedretti), крупнейшего в мире исследователя жизни и творчества Леонардо да Винчи, сумела реализовать на практике этот проект великого учёного. Главная трудность заключалась в том, что это гениальное изобретение на протяжении столетий истолковывалось не совсем верно. И лишь современные методы компьютерного моделирования позволили получить виртуальную трёхмерную модель этой «самодвижущейся повозки» и исправить традиционные ошибки в интерпретации чертежей и рисунков Леонардо.
Основой для современных компьютерщиков и автомобилестроителей послужил рисунок на листе 812 «Атлантического кодекса». Неоценимую помощь в реализации проекта оказал американский эксперт в области робототехники Марк Розхайм (Mark Rosheim). Изучив рисунок Леонардо, он разработал на его основе цифровую трёхмерную модель повозки, позволившую на экране компьютерного монитора со всех сторон рассмотреть будущий автомобиль и даже виртуально воспроизвести параметры его движения. Только благодаря такому подходу инженеры смогли в полной мере понять особенности конструкции и проанализировать их во всех деталях. Паоло Галлуцци говорит:
Компьютерное моделирование позволило нам получить много дополнительной информации, которой мы прежде не располагали. В частности, трёхмерная модель дала нам возможность прояснить назначение трёх отчётливо видных на рисунке плоских пружин.
Выполненная из древесины самодвижущаяся повозка (Леонардо подробно указал, какую породу – бук, дуб или ясень – следует использовать для каких деталей) имеет довольно внушительные размеры – 1,7 метра в длину, 1,5 метра в ширину и 1,0 метр в высоту – и опирается на три колеса – одно впереди и два сзади. Все прежние попытки построить действующую модель такой повозки потерпели крах именно потому, что инженеры принимали эти три плоские пружины между задними колёсами за привод. На самом же деле, как показал анализ компьютерной модели, они выполняют функцию руля. А в движение повозка приводится двумя металлическими спиральными пружинами, которые Леонардо разместил в круглом, напоминающем барабан контейнере под днищем повозки. Паоло Галлуцци поясняет:
В зависимости от того, какое расстояние должен проехать автомобиль, эти спиральные пружины заводятся сильнее или слабее. Леонардо да Винчи дал точные размеры пружин. По нашим оценкам, если пружины заведены до отказа, то такая повозка могла проехать несколько десятков метров. Судя по всему, Леонардо сконструировал свою машину, чтобы удивить гостей на празднике, устроенном флорентийским правителем Лоренцо Медичи. Это изобретение – поистине выдающаяся веха в истории механики.
Туристы, посещающие Флоренцию, могут сегодня лицезреть прототип первого в мире автомобиля в действии: он развивает скорость 6 километров в час.