Prof Moran Bercovici ja dr Valeri Frumkin on optiliste läätsede valmistamiseks välja töötanud odava tehnoloogia ning paljudele arengumaadele, kus prille ei ole, on võimalik toota prille.Nüüd ütleb NASA, et seda saab kasutada kosmoseteleskoopide valmistamiseks
Teadus areneb tavaliselt väikeste sammudega.Igale uuele katsele lisatakse väike infokild.Harva juhtub, et teadlase ajusse ilmunud lihtne idee viib suure läbimurdeni ilma igasugust tehnoloogiat kasutamata.Kuid nii juhtus kahe Iisraeli inseneriga, kes töötasid välja uue optiliste läätsede valmistamise meetodi.
Süsteem on lihtne, odav ja täpne ning sellel võib olla tohutu mõju kuni kolmandikule maailma elanikkonnast.See võib muuta ka kosmoseuuringute palet.Selle kujundamiseks on teadlastel vaja vaid valget tahvlit, markerit, kustutuskummi ja natuke õnne.
Professor Moran Bercovici ja dr Valeri Frumkin Haifas asuva Technion-Israeli Tehnoloogiainstituudi masinaehitusosakonnast on spetsialiseerunud vedelike mehaanikale, mitte optikale.Kuid poolteist aastat tagasi sattus Berkovic Shanghais maailma laureaatide foorumil istuma koos Iisraeli majandusteadlase David Zibermaniga.
Zilberman on Wolf Prize'i võitja ja nüüd California ülikoolis Berkeleys rääkis ta oma uurimistööst arengumaades.Bercovici kirjeldas oma vedelikukatset.Seejärel esitas Ziberman lihtsa küsimuse: "Kas saate seda kasutada prillide valmistamiseks?"
"Arengumaadele mõeldes mõtlete tavaliselt malaariale, sõjale, näljale," ütles Berkovic."Aga Ziberman ütles midagi, mida ma üldse ei tea – 2,5 miljardit inimest maailmas vajab prille, kuid ei saa neid hankida.See on hämmastav arv. ”
Bercovici naasis koju ja leidis, et Maailma Majandusfoorumi raport kinnitas seda numbrit.Kuigi lihtsa prillipaari valmistamine maksab vaid paar dollarit, ei toodeta ega müüda enamikus maailma osades odavaid prille.
Mõju on tohutu, ulatudes lastest, kes ei näe koolis tahvlit, kuni täiskasvanuteni, kelle nägemine halveneb nii palju, et nad kaotavad töö.Lisaks inimeste elukvaliteedi kahjustamisele on maailmamajanduse kulud hinnanguliselt kuni 3 triljonit USA dollarit aastas.
Pärast vestlust ei saanud Berkovic öösel magada.Tehnioni jõudes arutas ta seda küsimust Frumkiniga, kes oli tol ajal tema laboris järeldoktor.
"Joonistasime tahvlile pildi ja vaatasime seda," meenutas ta."Teame vaistlikult, et me ei saa seda kuju oma vedeliku juhtimistehnoloogiaga luua, ja tahame välja selgitada, miks."
Sfääriline kuju on optika aluseks, sest lääts on valmistatud nendest.Teoreetiliselt teadsid Bercovici ja Frumkin, et nad saavad läätse valmistamiseks teha polümeerist (vedelikust, mis oli tahkunud) ümara kupli.Kuid vedelikud võivad jääda sfääriliseks ainult väikestes kogustes.Kui need on suuremad, surub gravitatsioon need lompideks.
"Seega, mida me peame tegema, on gravitatsioonist vabaneda," selgitas Bercovici.Ja see on täpselt see, mida tema ja Frumkin tegid.Pärast nende tahvli uurimist tuli Frumkinil väga lihtne idee, kuid pole selge, miks keegi sellele varem ei mõelnud – kui objektiiv asetada vedelikukambrisse, saab gravitatsiooni mõju elimineerida.Kõik, mida pead tegema, on veenduda, et kambris olev vedelik (nn ujuvvedelik) on sama tihedusega kui polümeeril, millest lääts on valmistatud, ja siis hakkab polümeer hõljuma.
Teine oluline asi on kasutada kahte segunematut vedelikku, mis tähendab, et need ei segune omavahel, näiteks õli ja vesi."Enamik polümeere on rohkem nagu õlid, nii et meie "ainulaadne" ujuv vedelik on vesi, " ütles Bercovici.
Kuid kuna vee tihedus on väiksem kui polümeeridel, tuleb selle tihedust veidi suurendada, et polümeer hõljuks.Selleks kasutasid teadlased ka vähem eksootilisi materjale – soola, suhkrut või glütseriini.Bercovici ütles, et protsessi viimane komponent on jäik raam, millesse süstitakse polümeer, et selle vormi saaks kontrollida.
Kui polümeer saavutab lõpliku vormi, kõveneb see ultraviolettkiirguse abil ja sellest saab tahke lääts.Raami valmistamiseks kasutasid teadlased lihtsat rõngaks lõigatud kanalisatsioonitoru või põhjast lõigatud Petri tassi."Iga laps saab neid kodus teha ja minu tütred ja mina tegime neid kodus," ütles Bercovici.“Aastate jooksul oleme laboris teinud palju asju, millest mõned on väga keerulised, kuid pole kahtlustki, et see on kõige lihtsam ja lihtsam asi, mida oleme teinud.Võib-olla kõige olulisem."
Frumkin lõi oma esimese võtte samal päeval, kui ta lahendusele mõtles."Ta saatis mulle WhatsAppis foto," meenutas Berkovic."Tagantjärele mõeldes oli see väga väike ja kole objektiiv, kuid me olime väga õnnelikud."Frumkin jätkas selle uue leiutise uurimist.“Võrrand näitab, et kui gravitatsioon on eemaldatud, pole vahet, kas raam on üks sentimeeter või üks kilomeeter;olenevalt materjali hulgast saad alati sama kuju.
Kaks teadlast jätkasid katsetamist teise põlvkonna salajase koostisosa, mopiämbriga, ning lõid selle abil 20 cm läbimõõduga objektiivi, mis sobib teleskoopide jaoks.Objektiivi maksumus kasvab plahvatuslikult koos läbimõõduga, kuid selle uue meetodi puhul on suurusest olenemata vaja ainult odavat polümeeri, vett, soola (või glütseriini) ja rõngasvormi.
Koostisosade loetelu tähistab tohutut nihet traditsioonilistes läätsede tootmismeetodites, mis on püsinud peaaegu muutumatuna 300 aastat.Traditsioonilise protsessi algfaasis lihvitakse klaas- või plastplaat mehaaniliselt.Näiteks prilliläätsede valmistamisel läheb umbes 80% materjalist raisku.Bercovici ja Frumkini kavandatud meetodil süstitakse tahkete materjalide lihvimise asemel raami vedelikku, nii et objektiivi saab valmistada täiesti jäätmevaba protsessiga.See meetod ei vaja ka poleerimist, sest vedeliku pindpinevus võib tagada ülisileda pinna.
Haaretz külastas Technioni laborit, kus doktorant Mor Elgarisi protsessi demonstreeris.Ta süstis polümeeri väikeses vedelikukambris rõngasse, kiiritas seda UV-lambiga ja ulatas mulle kaks minutit hiljem paar kirurgilisi kindaid.Kastsin käe väga ettevaatlikult vette ja tõmbasin objektiivi välja."See on kõik, töötlemine on läbi," hüüdis Berkovic.
Läätsed on puudutusega täiesti siledad.See pole ainult subjektiivne tunne: Bercovici sõnul jääb polümeermeetodil valmistatud läätse pinnakaredus ka ilma poleerimiseta alla ühe nanomeetri (miljardik meetrit)."Loodusjõud loovad ise erakordseid omadusi ja need on vabad," ütles ta.Seevastu optiline klaas on poleeritud 100 nanomeetrini, NASA lipulaeva James Webbi kosmoseteleskoobi peeglid aga 20 nanomeetrini.
Kuid mitte kõik ei usu, et see elegantne meetod on miljardite inimeste päästja kogu maailmas.Professor Ady Arie Tel Avivi ülikooli elektrotehnika koolist juhtis tähelepanu sellele, et Bercovici ja Frumkini meetod nõuab ringikujulist vormi, millesse süstitakse vedel polümeer, polümeeri ennast ja ultraviolettlampi.
"Neid pole India külades saadaval," märkis ta.Teine probleem, mille tõstatasid SPO Precision Opticsi asutaja ja teadus- ja arendustegevuse asepresident Niv Adut ning ettevõtte peateadlane dr Doron Sturlesi (mõlemad on Bercovici töödega tuttavad), on see, et lihvimisprotsessi asendamine plastvalanditega muudab läätse kohandamise keeruliseks. vajadustele.Selle inimesed.
Berkovic ei sattunud paanikasse."Kriitika on teaduse oluline osa ja meie kiire areng viimase aasta jooksul on suuresti tingitud ekspertidest, kes meid nurka surusid," ütles ta.Kõrvalpiirkondades tootmise otstarbekuse kohta lisas ta: „Traditsioonilistel meetoditel prillide tootmiseks vajalik infrastruktuur on tohutu;vajate tehaseid, masinaid ja tehnikuid ning meil on vaja ainult minimaalset infrastruktuuri."
Bercovici näitas meile oma laboris kahte ultraviolettkiirguse lampi: „See on Amazonist ja maksab 4 dollarit ning teine AliExpressist ja maksab 1,70 dollarit.Kui sul neid pole, saab Sunshine’i alati kasutada,” selgitas ta.Aga polümeerid?"250-ml pudel müüakse Amazonis 16 dollariga.Keskmine lääts vajab 5–10 ml, seega pole ka polümeeri maksumus tegelik tegur.
Ta rõhutas, et tema meetod ei nõua iga objektiivinumbri jaoks ainulaadsete vormide kasutamist, nagu kriitikud väidavad.Iga läätsenumbri jaoks sobib lihtne vorm, selgitas ta: "Erinevus on sissepritsitud polümeeri koguses ja klaasidele silindri tegemiseks pole vaja muud, kui vormi veidi venitada."
Bercovici ütles, et protsessi ainsaks kulukaks osaks on polümeeri süstimise automatiseerimine, mida tuleb teha täpselt vastavalt vajalike läätsede arvule.
"Meie unistus on avaldada mõju riigis kõige vähemate ressurssidega," ütles Bercovici.Kuigi vaestesse küladesse saab odavaid prille tuua-kuigi sellega pole lõpuni jõudnud- on tema plaan palju suurem.“Nagu see kuulus vanasõna, ei taha ma neile kala anda, vaid õpetada kala püüdma.Nii saavad inimesed ise prille valmistada, ”sõnas ta."Kas see õnnestub?Ainult aeg annab vastuse."
Bercovici ja Frumkin kirjeldasid seda protsessi umbes kuus kuud tagasi Cambridge'i ülikooli poolt välja antud vedeliku mehaanika rakenduste ajakirja Flow esimeses väljaandes.Kuid meeskond ei kavatse jääda lihtsate optiliste läätsede juurde.Teises ajakirjas Optica paar nädalat tagasi avaldatud artiklis kirjeldati uut meetodit keeruliste optiliste komponentide valmistamiseks vabakujulise optika valdkonnas.Need optilised komponendid ei ole kumerad ega nõgusad, vaid on vormitud topograafiliseks pinnaks ja soovitud efekti saavutamiseks kiiritatakse valgust erinevate alade pinnale.Neid komponente võib leida multifokaalsetest prillidest, pilootkiivritest, täiustatud projektorisüsteemidest, virtuaal- ja liitreaalsussüsteemidest ning muudest kohtadest.
Vabas vormis komponentide valmistamine säästvatel meetoditel on keeruline ja kulukas, kuna nende pinda on raske lihvida ja poleerida.Seetõttu on nendel komponentidel praegu piiratud kasutusala."Selliste pindade võimalike kasutusvõimaluste kohta on avaldatud akadeemilisi publikatsioone, kuid see pole veel kajastunud praktilistes rakendustes," selgitas Bercovici.Selles uues artiklis näitas Elgarisi juhitud laborirühm, kuidas kontrollida polümeerivedeliku süstimisel tekkivat pinnavormi, kontrollides raami kuju.Raami saab luua 3D-printeri abil."Me ei tee enam asju mopiämbriga, kuid see on siiski väga lihtne," ütles Bercovici.
Labori uurimisinsener Omer Luria juhtis tähelepanu sellele, et selle uue tehnoloogia abil saab kiiresti valmistada ainulaadse maastikuga eriti siledaid objektiive."Loodame, et see võib märkimisväärselt vähendada keerukate optiliste komponentide kulusid ja tootmisaega, " ütles ta.
Professor Arie on üks Optica toimetajatest, kuid ei osalenud artikli ülevaates."See on väga hea töö," ütles Ali uuringu kohta."Asfääriliste optiliste pindade tootmiseks kasutatakse praeguste meetoditega vorme või 3D-printimist, kuid mõlema meetodiga on raske mõistliku aja jooksul piisavalt siledaid ja suuri pindu luua."Arie usub, et uus meetod aitab luua vabadust formaalsete komponentide prototüübi."Suure hulga detailide tööstuslikuks tootmiseks on kõige parem valmistada vormid, kuid uute ideede kiireks testimiseks on see huvitav ja elegantne meetod," ütles ta.
SPO on üks Iisraeli juhtivaid ettevõtteid vabakujuliste pindade valdkonnas.Aduti ja Sturlesi sõnul on uuel meetodil plusse ja miinuseid.Nad ütlevad, et plastide kasutamine piirab võimalusi, kuna need ei ole äärmuslikel temperatuuridel vastupidavad ja nende võime saavutada piisavat kvaliteeti kogu värvivalikus on piiratud.Eeliste osas tõid nad välja, et tehnoloogial on potentsiaali oluliselt vähendada keeruliste plastläätsede tootmiskulusid, mida kasutatakse kõigis mobiiltelefonides.
Adut ja Sturlesi lisasid, et traditsiooniliste tootmismeetodite puhul on plastläätsede läbimõõt piiratud, sest mida suuremad need on, seda ebatäpsemaks need muutuvad.Nad ütlesid, et Bercovici meetodi kohaselt võib vedelas läätsede valmistamine vältida moonutusi, mis võivad luua väga võimsaid optilisi komponente - olgu siis sfääriliste või vabakujuliste läätsede valdkonnas.
Technioni meeskonna kõige ootamatum projekt oli suure objektiivi tootmine.Siin sai kõik alguse juhuslikust vestlusest ja naiivsest küsimusest."Kõik on seotud inimestega," ütles Berkovic.Kui ta Berkovici käest küsis, ütles ta NASA teadlasele dr Edward Barabanile, et ta teadis tema projekti Stanfordi ülikoolis ja tundis teda Stanfordi ülikoolis: „Arvate, et saate teha sellise objektiivi kosmoseteleskoobi jaoks. ?”
"See kõlas hullumeelse ideena," meenutas Berkovic, "kuid see oli mulle sügavalt meelde jäänud."Pärast laborikatse edukat läbimist mõistsid Iisraeli teadlased, et meetodit saab kasutada ka kosmoses.Lõppude lõpuks saate seal saavutada mikrogravitatsiooni tingimusi, ilma et oleks vaja ujuvaid vedelikke."Ma helistasin Edwardile ja ütlesin talle, et see töötab!"
Kosmoseteleskoopidel on maapealsete teleskoopide ees suured eelised, kuna neid ei mõjuta atmosfääri- ega valgussaaste.Kosmoseteleskoopide arendamise suurim probleem on see, et nende suurust piirab kanderaketi suurus.Maal on teleskoopide läbimõõt praegu kuni 40 meetrit.Hubble'i kosmoseteleskoobil on 2,4-meetrise läbimõõduga peegel, James Webbi teleskoobil aga 6,5-meetrise läbimõõduga peegel – teadlastel kulus selle saavutuse saavutamiseks 25 aastat, mis läks maksma 9 miljardit USA dollarit, osaliselt seetõttu, et süsteemi tuleb välja töötatud, mis suudab teleskoobi kokkupandud asendis käivitada ja seejärel automaatselt kosmoses avada.
Teisest küljest on Liquid juba "volditud" olekus.Näiteks saate saatja täita vedela metalliga, lisada sissepritsemehhanismi ja paisurõnga ning seejärel teha ruumis peegli."See on illusioon," tunnistas Berkovic."Mu ema küsis minult:" Millal sa valmis oled?Ma ütlesin talle: "Võib-olla umbes 20 aasta pärast.Ta ütles, et tal pole aega oodata.
Kui see unistus täitub, võib see muuta kosmoseuuringute tulevikku.Täna tõi Berkovic välja, et inimestel puudub võimalus otse vaadelda eksoplaneete-planeete väljaspool Päikesesüsteemi, sest selleks on vaja olemasolevatest teleskoopidest 10 korda suuremat Maa teleskoopi - mis on olemasoleva tehnoloogiaga täiesti võimatu.
Teisalt lisas Bercovici, et Falcon Heavy, praegu suurim kosmoseheitja SpaceX, suudab kanda 20 kuupmeetrit vedelikku.Ta selgitas, et teoreetiliselt saab Falcon Heavyt kasutada vedeliku suunamiseks orbiidipunkti, kus vedelikust saaks teha 75-meetrise läbimõõduga peegli – pind ja kogutud valgus oleks viimasest 100 korda suurem. .James Webbi teleskoop.
See on unistus ja selle elluviimine võtab kaua aega.Kuid NASA võtab seda tõsiselt.Koos NASA Amesi uurimiskeskuse inseneride ja teadlaste meeskonnaga, mida juhib Balaban, proovitakse seda tehnoloogiat esimest korda.
Detsembri lõpus saadetakse Bercovici laborimeeskonna välja töötatud süsteem rahvusvahelisse kosmosejaama, kus viiakse läbi rida katseid, mis võimaldavad astronautidel kosmoses läätsi valmistada ja ravida.Enne seda tehakse sel nädalavahetusel Floridas katseid, et testida kvaliteetsete läätsede tootmise teostatavust mikrogravitatsiooni all, ilma et oleks vaja ujuvat vedelikku.
Fluid Telescope Experiment (FLUTE) viidi läbi vähendatud gravitatsiooniga lennukil – selle lennuki kõik istmed eemaldati astronautide koolitamiseks ja nullgravitatsiooniga stseenide filmimiseks filmides.Manööverdades antiparaboolina tõusevad ja seejärel vabalt langevad, tekivad lennukis lühikeseks ajaks mikrogravitatsioonitingimused."Seda nimetatakse mõjuval põhjusel oksekomeediks," ütles Berkovic naeratades.Vabalangemine kestab umbes 20 sekundit, mille puhul on lennuki gravitatsioon nullilähedane.Sel perioodil püüavad teadlased valmistada vedelläätse ja teha mõõtmisi, et tõestada, et läätse kvaliteet on piisavalt hea, seejärel muutub tasapind sirgeks, gravitatsioon taastub täielikult ja läätsest saab loik.
Katse on kavandatud kahele lennule neljapäeval ja reedel, kumbki 30 parabooliga.Kohal on Bercovici ja enamik laborimeeskonna liikmeid, sealhulgas Elgarisi ja Luria ning Frumkin Massachusettsi Tehnoloogiainstituudist.
Technioni labori külastuse ajal oli elevus valdav.Põrandal on 60 pappkasti, milles on 60 isetehtud väikest komplekti katseteks.Luria teeb viimase hetke täiustusi arvutipõhises katsesüsteemis, mille ta arendas objektiivi jõudluse mõõtmiseks.
Samal ajal viib meeskond läbi ajavõtuharjutusi enne kriitilisi hetki.Üks meeskond seisis seal stopperiga ja teistel oli laskmiseks aega 20 sekundit.Lennuki enda puhul on tingimused veelgi hullemad, eriti pärast mitut vabalangemist ja ülestõstmist suurenenud raskusjõu all.
Mitte ainult Technioni meeskond pole põnevil.NASA Flute Experimenti juhtivteadur Baraban ütles Haaretzile: "Vedeliku kujundamise meetod võib anda võimsaid kosmoseteleskoobid kümnete või isegi sadade meetrite avadega.Näiteks saavad sellised teleskoobid otse jälgida teiste tähtede ümbrust.Planeet, hõlbustab selle atmosfääri kõrge eraldusvõimega analüüsi ja võib isegi tuvastada suuremahulisi pinnaelemente.See meetod võib kaasa tuua ka muid kosmoserakendusi, nagu kvaliteetsed optilised komponendid energia kogumiseks ja edastamiseks, teadusinstrumendid ja meditsiiniseadmed. Kosmose tootmine mängib seega olulist rolli tärkavas kosmosemajanduses.
Vahetult enne lennukisse minekut ja oma elu seiklusele asumist peatus Berkovic hetkeks üllatunult."Ma küsin endalt pidevalt, miks keegi sellele varem ei mõelnud," ütles ta."Iga kord, kui ma konverentsile lähen, kardan, et keegi tõuseb püsti ja ütleb, et mõned Venemaa teadlased tegid seda 60 aastat tagasi.Lõppude lõpuks on see nii lihtne meetod."
Postitusaeg: 21. detsember 2021