Представьте, что фрагменты кода можно переставлять, как кубики LEGO, но не на экране, а в реальности, и хранимая ими информация может менять форму, формат или даже исчезать по команде. Исследователи из Пекинского университета химических технологий создали именно такую систему, используя мягкие, желеобразные материалы.

Команда под руководством профессоров Фэн Ши и Мэнцзяо Чэна разработала новый тип перестраиваемого информационного кода на основе макроскопических гидрогелей. Эти материалы реагируют на внешние воздействия: температуру, соль или свет. Соединяясь, такие кубики сцепляются за счет обратимых химических взаимодействий.

Подробности опубликованы в издании Supramolecular Materials.

В отличие от статичных QR-кодов или штрихкодов, наша система может хранить, стирать, перезаписывать и изменять информацию в трех измерениях, — поясняет Ши.

Каждый гидрогелевый элемент независимо реагирует на разные внешние стимулы. Если собрать их в сетку 5×5, структура способна принимать более 800 миллиардов различных конфигураций.

Это колоссальный скачок по сравнению с обычными статичными системами.

Мы получили материал, в котором информацию можно не просто записать один раз, а постоянно обновлять и преобразовывать. Это открывает возможности для умных этикеток, биомедицинских меток, экологических сенсоров и систем безопасного кодирования данных, — добавляет ученый.

Главное — не сам материал, а химия поверхности на стыке каждого кубика, — уточняет Чэн. — Программируя реакцию каждой грани на окружающую среду, мы создаем систему, где можно управлять как потоком информации, так и ее превращением. Так мы совмещаем высокую емкость с гибкостью.

Концепция вдохновлена логикой, а не формой или размером деталей LEGO.

Каждый элемент гидрогеля — это модуль, который можно заменить или развернуть, не ломая всю конструкцию.

Обратимость стала возможна благодаря обратимой супрамолекулярной химии. Силы, удерживающие кубики вместе, достаточно прочны, чтобы конструкция не разваливалась, но и достаточно слабы, чтобы ее можно было разобрать при необходимости, — объясняет Ши.

Эта технология не зависит от электроники или батареек.

Вся работа построена на мягких материалах, что делает систему дешевой, энергоэффективной и масштабируемой.

Мы создаем информационные системы из самой материи — где материалы не просто несут информацию, а сами становятся ею, — говорит Чэн.

Реальная польза этой разработки может быть значительной и разнообразной.

• Прежде всего, это сфера логистики и контроля цепочек поставок. Представьте «умную» этикетку на лекарстве или скоропортящемся продукте, которая не просто хранит статичный код, а меняет свой цвет или узор при нарушении температурного режима или истечении срока годности. Такую метку невозможно подделать стандартными средствами, и она дает визуальную, мгновенно считываемую информацию.
• Во-вторых, это биоинженерия и медицина: подобные гидрогелевые конструкции могли бы служить имплантируемыми датчиками, которые меняют свою структуру в ответ на уровень сахара в крови или наличие специфических маркеров болезни, и затем безопасно растворяться.
• В-третьих, это сфера защиты данных: одноразовые физические ключи или коды, которые можно стереть или кардинально изменить после использования, что актуально для систем высокой безопасности. Это переход от пассивных носителей данных к активным, «живым» материальным интерфейсам, которые взаимодействуют с миром.

Основной вопрос к этому исследованию лежит в области практической реализации и долговечности. Гидрогели — материалы, чувствительные к условиям окружающей среды (влажность, pH, механические нагрузки). Стабильность закодированной информации в неконтролируемых реальных условиях (например, в цеху, на складе или внутри человеческого тела) может вызывать сомнения. Непреднамеренное срабатывание от случайного изменения температуры или состава воздуха может привести к ошибкам. Кроме того, скорость переключения состояний у таких мягких материалов, как правило, ниже, чем у электронных систем, что может ограничить их применение в задачах, требующих быстрого отклика. Ключевой вызов — перенести красивую лабораторную демонстрацию в мир, полный непредсказуемости.

Ранее ученые назвали гидрогель новым потенциальным источником питьевой воды.