根據7月7日在《自然納米技術(shù)》期刊上發(fā)布的一篇論文，科學(xué)家們發(fā)現了一種新現象，能夠使碳納米管在特定條件下大幅提高濾水效率并降低成本，同時(shí)減少環(huán)境的影響。
研究人員通過(guò)IBM創(chuàng )建的一臺虛擬超級計算機對納米管這一在眾多技術(shù)領(lǐng)域展現巨大潛力的材料進(jìn)行了研究。基于IBM 這臺超級計算機的平臺，可聚合由志愿者們貢獻的計算設備閑置處理能力，即利用公益眾籌計算力，以支持科學(xué)家進(jìn)行尖端的模擬計算。
碳納米管 —— 一種采用類(lèi)似于鉛筆石墨的材料制成的微小的空心結構體，其體積非常小，因此可以濾除水流中的雜質(zhì)。科學(xué)界最初認為，其狹窄的直徑會(huì )減緩水流的速度。驚人的是，早期的實(shí)驗表明，水在流經(jīng)納米管時(shí)，沒(méi)有像預想的那樣被阻礙。
為了了解原因，由清華大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導的一支國際研究團隊開(kāi)展了一項史無(wú)前例的大規模計算模擬研究，并得到了 IBM全球網(wǎng)格大同盟（WCG，World Community Grid）的支持。科學(xué)界之前進(jìn)行的模擬難以對實(shí)際水流速率進(jìn)行研究，因為這需要成本更加高昂的計算力。
新的模擬實(shí)驗使用了IBM全球網(wǎng)格大同盟巨大的計算力，揭示了在特定條件下，納米管中原子的自然、隨機熱振動(dòng)可能對水流產(chǎn)生顯著(zhù)的影響。研究人員發(fā)現，由于摩擦減少，這些被稱(chēng)為聲子的振動(dòng)可將水分擴散的速度增強 300% 以上。
由北京清華大學(xué)微納米力學(xué)與多學(xué)科交叉創(chuàng )新研究中心 (CNMM) 領(lǐng)導的研究人員使用IBM全球網(wǎng)格大同盟貢獻的眾籌計算能力進(jìn)行了大量的模擬。世界公共網(wǎng)格計算擁有 300 萬(wàn)臺互連的計算機，它們來(lái)自全球70多萬(wàn)名“公民科學(xué)家”志愿者。IBM 為清水計算項目提供的支持公益眾籌計算的虛擬超級計算機執行了近1億次計算，如果使用商業(yè)計算機執行這些計算，則成本相當于1500萬(wàn)美元，并且需要一臺單處理器計算機運行3萬(wàn)7千多年。但現在，科學(xué)家們只用小部分時(shí)間就以零成本完成了這項工作。
憑借對該現象的新的認識，研究人員現在希望優(yōu)化納米管并將它們運用于改進(jìn)濾水和海水脫鹽系統。隨著(zhù)全球淡水儲備量的日益減少，經(jīng)過(guò)改進(jìn)、成本更低的純化工藝可以幫助人們獲得飲用水和灌溉用水。目前全球近10億人缺少安全的飲用水。
對這一現象的這一新的理解還能讓我們更好地了解化學(xué)品和藥品是如何穿過(guò)人體細胞壁上的微小通道，從而帶來(lái)醫學(xué)上的進(jìn)步。通過(guò)進(jìn)一步的研究，我們還可將這些發(fā)現用于改進(jìn)淡水和鹽水混合發(fā)電技術(shù)，即Osmotic Power 。
為這一重要研究作出貢獻的國際協(xié)作者包括清華大學(xué)、倫敦大學(xué)學(xué)院、特拉維夫大學(xué)、日內瓦大學(xué)、悉尼大學(xué)、莫那什大學(xué)以及西安交通大學(xué)的研究人員。
北京清華大學(xué)微納米力學(xué)與多學(xué)科交叉創(chuàng )新研究中心主任鄭泉水表示：“在我們的項目以前，碳納米管中水流的模擬只能在是高度仿真的高速流動(dòng)條件下進(jìn)行。正是憑借IBM全球網(wǎng)格大同盟的助力，清水計算項目才能得以模擬每秒只有幾厘米的流速，而這才是真實(shí)的納米管過(guò)濾器中的運行條件。
IBM全球網(wǎng)格大同盟由IBM設計和管理，運行在IBM可靠、穩定的SoftLayer云技術(shù)平臺上，使用全球大量志愿者捐贈的計算機和移動(dòng)設備的閑置時(shí)間，為科學(xué)家提供大量免費的計算力。IBM WCG軟件接收小型運算任務(wù)，完成任務(wù)后將結果發(fā)回給科學(xué)家。世界公共網(wǎng)格計算提供的這一綜合計算力已創(chuàng )造出地球上最強大、最快速的虛擬超級計算機之一，將科學(xué)工作推進(jìn)了數百年。
過(guò)去十年里，全球約70萬(wàn)人和80個(gè)國家的460所院校提供的300多萬(wàn)臺計算機和移動(dòng)設備為WCG的重要項目提供了虛擬的超級計算力。自該計劃開(kāi)展以來(lái)，世界公共網(wǎng)格計算已支持了近20多個(gè)重要的研究項目，為科學(xué)研究貢獻了超過(guò)100萬(wàn)年、價(jià)值4億美元的計算時(shí)間，并且推動(dòng)了癌癥研究、艾滋病治療、基因重組、太陽(yáng)能和生態(tài)系統保護等各領(lǐng)域的重大科學(xué)進(jìn)步。目前已完成了超過(guò)24億項研究任務(wù)；每天處理的新任務(wù)數超過(guò)150萬(wàn)項。
IBM 邀請研究人員提交研究項目計劃書(shū)以獲得這一免費資源，并邀請公眾貢獻自己閑置的計算力。
IBM全球網(wǎng)格大同盟通過(guò)伯克利開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )計算平臺 (BOINC) 運行，這是一個(gè)由加州大學(xué)柏克利分校在美國國家科學(xué)基金會(huì )（National Science Foundation）的支持下所開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)源平臺。
