Доктор Франсуа Грей
CNNM, Университет Цинхуа, Пекин, Городской Центр Кибернетики Китая, Женева, Швейцария
6 июля 2015

Краткое резюме
Команда «Вычисления „Чистая Вода“ обнаружила, что вода может проходить через тончайшие нанотрубки намного свободнее, чем ранее предполагалось. Это инновационное понимание фундаментальных физических процессов может послужить повышению доступности чистой воды для миллионов, через более эффективные методы фильтрации и опреснения воды. Так же, это возможно применить в сферах медицинской и чистой энергетики. Данное открытие уже опубликовано в Nature Nanotechnology, наиболее авторитетном журнале о натонехнологиях.



Визуализация создана волонтёрами для изучения взаимодействия воды и углеродных нанотрубок. Чистая вода — основа жизни, сейчас, миллионы людей по всему миру испытают её не достаток. Наша команда отрыла феномен который может стать важным шагом вперёд на пути к получению чистой воды всем нуждающимся. На сегодняшний день, около миллиона человек ежегодно умирает из-за некачественной воды, вместе с этим население увеличивается, климат меняется и проблема будет усугубляться. Существующие на данный момент системы дороги и нуждающимся они часто недоступны. Исследования названные „Вычисления “Чистая Вода» может изменить сложившуюся ситуацию. И эта поразительная находка совсем недавно была опубликована в ведущем журнале посвященным нанотехнологиям «Природа Натотехнологий „(Nature Nanotechnology).

В основном, это открытие касается вопроса: “Как мы потенциально можем, т.е. максимально эффективно с меньшими затратами, использовать углеродные нанотрубки для создания фильтров для воды.» Углеродные нанотрубки создают листы толщиной в один атом, называемые графеном, скрученным в тонкие трубки, диаметром несколько нанометров (около одной десяти тысячной диметра человеческого волоса). Такой диаметр трубок позволяет молекулам воды проходить через них, и задерживать крупные частицы и микроорганизмы во время фильтрации воды. Они настолько малы, что научное сообщество предположило, что для практического примирения вода будет идти через них слишком медленно. Однако, ранние эксперименты показали что вода иногда проходит через много легче чем ожидалось.



Увеличение потока может подразумевать более эффективный фильтр, но из-за отсутствия достаточной вычислительной мощности, до настоящего момента, был большой пробел между тем, что учёные могут понять через компьютерное моделирование и тем, что может быть получено в реальных условиях. Исследователи этого проекта сосредоточили усилия на ликвидации этого недостатка. Через массовые вычисления с помощью сети World Community Grid удалось открыть, что опредлённые виды естественных вибраций называемых фоновыми, находясь в определённых условиях, могут привести к 300% росту степени диффузии (можно сказать потоку) воды через углеродные нанотрубки, что сопоставимо с предыдущими теоретическими выкладками. Особо важно, что с малой вибрацией происходит естественное выделение тепловой энергии, естественно находящейся во всех материалах, и необходимости во внешних источниках энергии для использования преимуществ этого феномена.

Чем это открытие может обозначать в будущих исследованиях? Непосредственным приложением в использовании новых идей этого практического моделирования- разработка эффективных водных фильтров. Если эксперименты подтвердят предположения, такие фильтры смогут помочь увеличить доступность к чистой воде миллионам людей по всему миру. Так же возможно получить более дешевые способы получения пресной воды (в частности, из морской).

Использования этого наноразмерного феномена, позволит создать мембраны и фильтры которые позволят совершить революцию во многих процессах и даже отраслях, касающихся воды или, вообще, жидкости. Например, это открытие позволит доставлять медикаменты сквозь тонкие каналы через стенки живой клетки. В будущем, это может быть применимо для доказательства процесса получения чистой энергии через смешивание чистой и солёной воды, известным как осмотические электростанции.

Эти разнообразные возможности удалось открыть только благодаря волонтёрам, потому что ни одна исследовательская группа никогда не имела столько необходимой вычислительной мощности для запуска столь детального моделирования для изучения условий потока в реальных фильтрах. Партнёры World Community Grid и более 150 000 добровольцев приняли участие в этом проекте, где удалось смоделировать водный поток с детализацией не доступной до сих пор, где и были обнаружены феномены не найденный на предыдущих этапах исследования.


Члены команды Computing for Clean Water: Zhiping Xu, Ming Ma Quanshui Zheng and Francois Grey

Эта работа, результат глобального сотрудничества между исследователями из Китая, Швейцарии, Израиля, Великобритании и Австралии. Спасибо всем участникам. Этот проект, законченный за пару лет, занял бы около 40 000 вычислительных лет, если просчитывался бы на одном компьютере. От имени командны, хочется поблагодарить всех добровольцев принявших участие в этих исследованиях. Это достижение так же принадлежит им.

Узнать больше и присоединиться к World Community Grid в следующих открытиях:
IBM Press Release
'Water transport inside carbon nanotubes mediated by phonon-induced oscillating friction' paper, published in Nature Nanotechnology