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【导语】在人类尚未掌握记录工具之时，大自然已悄然用冰中的微小气泡记录下地球的历史。如今，科学家们灵感迸发，借鉴自然的这一手法，提出了一个创新的信息存储方式——在冰块中利用气泡编码信息。北京理工大学的研究团队通过精确控制冰冻过程，成功将文字信息“写”入冰中，并通过拍照和算法读取。这一技术不仅为极地或外星等极端环境下的信息存储提供了新思路，还可能在冰雕艺术、金属加工乃至生物医药等领域展现出跨界应用潜力。让我们一同探索这项回归自然、极简而富有创意的信息存储技术。

在人类尚未发明记录工具之前，大自然早已默默记下了地球的故事。那些被深埋在南极冰盖或格陵兰冰川中的微小气泡，就像时间的胶囊，封存着数万年前的空气。气候学家靠着这些冰芯中捕获的气泡，重建出气候变化的历史轨迹。

但如(rú)果(guǒ)说(shuō)这些自然形成的气泡是在“被动(dòng)地(de)记(jì)录(lù)”，那(nà)有(yǒu)没(méi)有(yǒu)可(kě)能(néng)，我(wǒ)们(men)主动(dòng)去(qù)“写(xiě)”点(diǎn)什(shén)么(me)进(jìn)去(qù)？比(bǐ)如(rú)，在(zài)一(yī)块(kuài)人(rén)造(zào)冰(bīng)中(zhōng)，用(yòng)气(qì)泡(pào)来(lái)编(biān)码(mǎ)信(xìn)息(xi)、储(chǔ)存(cún)数(shù)据(jù)，甚(shén)至(zhì)让(ràng)冰(bīng)块(kuài)变(biàn)成(chéng)可(kě)以(yǐ)读(dú)出(chū)来(lái)的(de)媒(méi)介(jiè)？

冰(bīng)块(kuài)储(chǔ)存(cún)信(xìn)息(xi)示(shì)意(yì)图(tú)（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：作(zuò)者(zhě)使(shǐ)用AI生成）

听上去很不可思议，但北京理工大学的一组研究者正是这样做的。他们提出了一种新颖的信息存储方式，通过控制冰冻过程中形成的气泡形态与分布，把文字信息“写进”冰里，而读取这些信息，只需要拍一张照片和相应的算法。

教会冰块“写字”，从控制气泡形状开始

在冰的形成过程中，溶解在水里的空气会随着温度下降而被排挤出来，形成一个个微小的气(qì)泡(pào)，这(zhè)些气泡没有(yǒu)去(qù)处(chù)，只(zhǐ)能(néng)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)冰(bīng)层(céng)中(zhōng)，成(chéng)为(wèi)透(tòu)明(míng)晶(jīng)体(tǐ)中(zhōng)的(de)白(bái)色(sè)斑(bān)点(diǎn)。

北(běi)京(jīng)理(lǐ)工(gōng)大(dà)学(xué)的(de)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)正(zhèng)是(shì)从(cóng)这(zhè)里(lǐ)出(chū)发(fā)，试(shì)图(tú)了(le)解(jiě)这(zhè)些(xiē)气(qì)泡(pào)。他(tā)们发现，气泡的形状并不是随机的，而是与冰冻的速度高度相关。冻结得越快，气泡越圆；冻结得越慢，气泡越细长，像一根小针。这两种气泡分别(bié)被(bèi)称(chēng)为(wèi)“蛋(dàn)形(xíng)泡(pào)”（ESB）和(hé)“针(zhēn)形(xíng)泡(pào)”（NSB），它(tā)们(men)的(de)命(mìng)名是(shì)以(yǐ)高(gāo)度(dù)与(yǔ)宽(kuān)度(dù)比(bǐ)值(zhí)为(wèi)判(pàn)断(duàn)标(biāo)准(zhǔn)的(de)，超(chāo)过(guò)5的(de)是(shì)针(zhēn)形(xíng)，低(dī)于(yú)5的(de)是蛋形。

此处插视频

冰中不同气泡的形成过程（图片来源：参考文献[1]）

为了控制气泡的形成，研究人员设计了一个定制化制冰机，以一块铜板作为冷源，放置在两块透明板之间构成的“赫勒-肖单元”（Hele-Shaw cell）内，注入预先充满空气的纯水。他们用精密程序控制铜板的温度升降，从而调节冰面前端的冻结速度。每当温度骤降、冻结速度陡升时，冰层中就会形成一组新的气泡带，像是在冰里打下的一行行的标签。

Hele-Shaw 单(dān)元(yuán)用(yòng)于(yú)冻(dòng)结(jié)实(shí)验的半剖面图及冰泡图（图片来源：参考文献[1]）

通过一次次调控，他们得以在冰块中雕刻出由气泡组成的不同图案层，甚至可以按照摩斯密码或二进制系统进行编码。比如，一个蛋形泡代表短音，一个针形泡代表长音。或者，泡泡代表1，清冰代表0。这样，冰块中不同形态和位置的气泡就变成了信息的载体，而不仅仅是自然副产物。

而最令人惊喜的是，读取这些信息并不需要激光显微镜或复杂探针——只需用相机拍一张照片，再用软件分析灰度图像中泡泡的位置和形态，就能解码出最初输入的信息。比如，“01001”可能就代表了一个字母，“长-短-短”代表了摩斯电码中的A。

气泡编码信息传递流程图（图片来源：参考文献[1]）

这听起来像是在给冰块装上硬盘，但它不需要电，不依赖芯片，也不怕磁场干扰，只要你能保持它的低温状态，它就能安安静静地保存你留下的信息。

这项技术究竟能做什么？

乍看之下，把气泡编码进冰里似乎更像是一场理工科的科学美术展，似乎有些鸡肋。但事实上，这套方法背后藏着对未来信息存储、材料控制、甚至极地通信的深远构想。

首先，这种冰中信息写入技术最直接的应用场景，正是那些不适合传统电子存储的低温极地或外星环境。在南极、月球、甚至火星这样资源匮乏、能源珍贵的环境中，依赖纸张、电池或磁介质(zhì)来(lái)记(jì)录(lù)与(yǔ)传输信息非常不便，甚至根本不现实。而冰和空气这两种廉价原料，却几乎随处可见。研究者指出，在这些环境中，这种无需电力、无需油墨的信息编码方式，不但能节省能源，还具备天然的隐蔽性。它不怕辐射，不怕腐蚀，也不容易被随手丢弃。

在火星通过冰储存信息示意图（图片来源：作者使用AI生成）

更令人着迷的是这项冰中气泡的精密控制的技术，为许多工程难题提供了灵感。例如，研究团队发现，通过调节冻结速度形成周期性气泡层，不仅可以存储信息，还能在冰块中制造出天然断点，就像巧克力条上的分割线一样。这对冰雕艺术、冰结构建筑，甚至冷链运输中的智能易折冰块都具有潜在价值。

此外，这项研究还可能影响金属加工行业。金属在铸造过程中会形成气泡或空隙，这些缺陷往往决定了材料的强度和寿命。但因为金属不是透明的，内部不可见，科学家无法像观察冰一样看到气泡的形成与演化过程。而冰恰好提供了一个可视化模拟平台，通过控制气泡生长的条件，研究者可以间接研究金属中气泡(pào)的(de)生(shēng)成(chéng)机(jī)制(zhì)，从(cóng)而(ér)为(wèi)改(gǎi)进(jìn)合(hé)金(jīn)结(jié)构(gòu)提(tí)供(gōng)参(cān)考(kǎo)。

而在生物和食品领域，这项技术同样展现出跨界能力。比如，先前已有研究表明，冰中的气泡可以用来封存臭氧，这一特性正被探索用于冷藏海鲜、水果等食品的杀菌保鲜。更进一步，科学家还设想，是否可以将某些药物气化后封存进冰泡中，作为慢释放载体应用于生物医(yī)药？气泡再一次，从空气(qì)残(cán)留(liú)物变成了潜在的功能性微结构。

总结

在人工智能、量子芯片和卫星通信主导信息技术版图的今天，科学家却回到最简单的物质——水和空气。他们让冰说话，用气泡编码，在极寒中封存信息。这项技术的意义不仅在于它能不能替代硬盘或改善通讯，而在于它代表了一种回归材料本身、以物理过程承载信息的新思路。不借助高昂设备、不依赖复杂系统，只利用自然界本身的相变过程与几何特性(xìng)，就(jiù)能(néng)实现信息的编码、封存和读取。这种极简主义的科学实践，或许正是通往某些极端环境工程问题的理想答案。

参考文献：

[1] Shao, Keke, et al. "Manipulating trapped air bubbles in ice for message storage in cold regions." Cell Reports Physical Science 6.6 (2025).

[2] Deng, Hao, et al. "Preparation and evaluation of ozone micro-nano bubbles ice for Litchi precooling." Food Chemistry 472 (2025): 142945.

[3] Dombrovskii, Leonid Aleksandrovich. "The propagation of infrared radiation in a semitransparent liquid containing gas bubbles." High temperature 42 (2004): 146-153.

作者丨Denovo科普团队（杨超 博士、中国科普作家协(xié)会会员、广东省青年科技创新研究会会员）

审核丨孙克衍博士 中国矿业大学副教授

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