根據(jù)7月7日在《自然納米技術(shù)》期刊上發(fā)布的一篇論文，科學家們發(fā)現(xiàn)了一種新現(xiàn)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，同時減少環(huán)境的影響。
研究人員通過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(xiàn)巨大潛力的材料進行了研究。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(shè)備閑置處理能力，即利用公益眾籌計算力，以支持科學家進行尖端的模擬計算。
碳納米管 —— 一種采用類似于鉛筆石墨的材料制成的微小的空心結(jié)構(gòu)體，其體積非常小，因此可以濾除水流中的雜質(zhì)�？茖W界最初認為，其狹窄的直徑會減緩水流的速度。驚人的是，早期的實驗表明，水在流經(jīng)納米管時，沒有像預想的那樣被阻礙。
為了了解原因，由清華大學科學家領(lǐng)導的一支國際研究團隊開展了一項史無前例的大規(guī)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�？茖W界之前進行的模擬難以對實際水流速率進行研究，因為這需要成本更加高昂的計算力。
新的模擬實驗使用了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、隨機熱振動可能對水流產(chǎn)生顯著的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，由于摩擦減少，這些被稱為聲子的振動可將水分擴散的速度增強 300% 以上。
由北京清華大學微納米力學與多學科交叉創(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行了大量的模擬。世界公共網(wǎng)格計算擁有 300 萬臺互連的計算機，它們來自全球70多萬名“公民科學家”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(zhí)行了近1億次計算，如果使用商業(yè)計算機執(zhí)行這些計算，則成本相當于1500萬美元，并且需要一臺單處理器計算機運行3萬7千多年。但現(xiàn)在，科學家們只用小部分時間就以零成本完成了這項工作。
憑借對該現(xiàn)象的新的認識，研究人員現(xiàn)在希望優(yōu)化納米管并將它們運用于改進濾水和海水脫鹽系統(tǒng)。隨著全球淡水儲備量的日益減少，經(jīng)過改進、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(xiàn)象的這一新的理解還能讓我們更好地了解化學品和藥品是如何穿過人體細胞壁上的微小通道，從而帶來醫(yī)學上的進步。通過進一步的研究，我們還可將這些發(fā)現(xiàn)用于改進淡水和鹽水混合發(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、倫敦大學學院、特拉維夫大學、日內(nèi)瓦大學、悉尼大學、莫那什大學以及西安交通大學的研究人員。
北京清華大學微納米力學與多學科交叉創(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條件下進行。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，而這才是真實的納米管過濾器中的運行條件。
IBM全球網(wǎng)格大同盟由IBM設(shè)計和管理，運行在IBM可靠、穩(wěn)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設(shè)備的閑置時間，為科學家提供大量免費的計算力。IBM WCG軟件接收小型運算任務，完成任務后將結(jié)果發(fā)回給科學家。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，將科學工作推進了數(shù)百年。
過去十年里，全球約70萬人和80個國家的460所院校提供的300多萬臺計算機和移動設(shè)備為WCG的重要項目提供了虛擬的超級計算力。自該計劃開展以來，世界公共網(wǎng)格計算已支持了近20多個重要的研究項目，為科學研究貢獻了超過100萬年、價值4億美元的計算時間，并且推動了癌癥研究、艾滋病治療、基因重組、太陽能和生態(tài)系統(tǒng)保護等各領(lǐng)域的重大科學進步。目前已完成了超過24億項研究任務；每天處理的新任務數(shù)超過150萬項。
IBM 邀請研究人員提交研究項目計劃書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)格大同盟通過伯克利開放式網(wǎng)絡計算平臺 (BOINC) 運行，這是一個由加州大學柏克利分校在美國國家科學基金會（National Science Foundation）的支持下所開發(fā)的一個開源平臺。
