Проф. Моран Берцовици и др Валери Фрумкин развили су јефтину технологију за производњу оптичких сочива, а могућа је производња наочара за многе земље у развоју где наочаре нису доступне.Сада, НАСА каже да се може користити за прављење свемирских телескопа
Наука обично напредује малим корацима.Сваки нови експеримент се додаје мала информација.Ретко је да једноставна идеја која се појави у мозгу научника доведе до великог открића без употребе било какве технологије.Али то се догодило двојици израелских инжењера који су развили нову методу производње оптичких сочива.
Систем је једноставан, јефтин и тачан и могао би да има огроман утицај на до једне трећине светске популације.То такође може променити лице истраживања свемира.Да би га дизајнирали, истраживачима је потребна само бела табла, маркер, гумица и мало среће.
Професор Моран Берцовици и др Валери Фрумкин са одсека за машинство Технион-Израелског технолошког института у Хаифи специјализују се за механику флуида, а не за оптику.Али пре годину и по дана, на Светском форуму лауреата у Шангају, Берковић је случајно седео са Давидом Зиберманом, израелским економистом.
Зилберман је добитник Вукове награде, а сада је на Калифорнијском универзитету у Берклију говорио о својим истраживањима у земљама у развоју.Берцовици је описао свој експеримент са флуидима.Онда је Зиберман поставио једноставно питање: „Можете ли да користите ово за прављење наочара?“
„Када помислите на земље у развоју, обично помислите на маларију, рат, глад“, рекао је Берковић.„Али Зиберман је рекао нешто што уопште не знам – 2,5 милијарди људи у свету требају наочаре, али не могу да их набаве.Ово је невероватан број.”
Берцовићи се вратио кући и открио да извештај Светског економског форума потврђује овај број.Иако кошта само неколико долара да се направи једноставан пар наочара, јефтине наочаре се не производе нити продају у већини делова света.
Утицај је огроман, од деце која не виде таблу у школи до одраслих чији се вид толико погоршава да губе посао.Осим што штети квалитету живота људи, процењује се да ће трошкови глобалне економије достићи 3 трилиона долара годишње.
Берковић после разговора није могао да спава ноћу.Када је стигао у Тецхнион, разговарао је о овом питању са Фрумкином, који је у то време био постдокторски истраживач у његовој лабораторији.
„Нацртали смо снимак на белој табли и погледали га“, присећа се он.„Инстинктивно знамо да не можемо да створимо овај облик са нашом технологијом контроле течности, и желимо да сазнамо зашто.
Сферни облик је основа оптике јер је сочива направљена од њих.У теорији, Берцовици и Фрумкин су знали да могу направити округлу куполу од полимера (течности која се очврснула) како би направили сочиво.Али течности могу остати сферичне само у малим количинама.Када су већи, гравитација ће их згњечити у локве.
„Дакле, оно што морамо да урадимо је да се ослободимо гравитације“, објаснио је Берцовићи.И управо су то он и Фрумкин урадили.Након што је проучио њихову таблу, Фрумкин је дошао на врло једноставну идеју, али није јасно зашто се то никоме раније није пало на памет - ако се сочиво стави у комору за течност, ефекат гравитације се може елиминисати.Све што треба да урадите је да се уверите да течност у комори (која се зове плутајућа течност) има исту густину као полимер од којег је сочиво направљено, а затим ће полимер плутати.
Још једна важна ствар је да користите две течности које се не мешају, што значи да се неће мешати једна са другом, као што су уље и вода.„Већина полимера је више попут уља, тако да је наша 'јединствена' плутајућа течност вода,” рекао је Берцовици.
Али пошто вода има мању густину од полимера, њена густина се мора мало повећати да би полимер плутао.У ту сврху, истраживачи су користили и мање егзотичне материјале - со, шећер или глицерин.Берцовићи је рекао да је завршна компонента процеса крути оквир у који се убризгава полимер како би се његов облик могао контролисати.
Када полимер достигне свој коначни облик, очвршћава се ултраљубичастим зрачењем и постаје чврсто сочиво.Да би направили оквир, истраживачи су користили једноставну канализациону цев, исечену у прстен, или петријеву посуду исечену са дна.„Свако дете може да их направи код куће, а моје ћерке и ја смо их направиле код куће“, рекао је Берцовић.„Током година, урадили смо много ствари у лабораторији, од којих су неке веома компликоване, али нема сумње да је ово најједноставнија и најлакша ствар коју смо урадили.Можда најважнији.”
Фрумкин је направио свој први ударац истог дана када је смислио решење.„Послао ми је фотографију на ВхатсАпп“, присећа се Берковић.„Ретроспективно, ово је било веома мало и ружно сочиво, али смо били веома срећни.Фрумкин је наставио да проучава овај нови проналазак.„Једначина показује да када уклоните гравитацију, није важно да ли је оквир један центиметар или један километар;у зависности од количине материјала, увек ћете добити исти облик.”
Два истраживача су наставили да експериментишу са тајним састојком друге генерације, кантом за брисање, и користили су је да направе сочиво пречника 20 цм које је погодно за телескопе.Цена сочива расте експоненцијално са пречником, али са овом новом методом, без обзира на величину, све што вам треба је јефтин полимер, вода, со (или глицерин) и калуп за прстен.
Листа састојака означава огромну промену у традиционалним методама производње сочива које су остале готово непромењене 300 година.У почетној фази традиционалног процеса, стаклена или пластична плоча се механички меље.На пример, при производњи сочива за наочаре, око 80% материјала се губи.Методом коју су осмислили Берцовици и Фрумкин, уместо млевења чврстих материјала, течност се убризгава у оквир, тако да се сочиво може произвести у процесу потпуно без отпада.Ова метода такође не захтева полирање, јер површински напон течности може да обезбеди изузетно глатку површину.
Хааретз је посетио Тецхнионову лабораторију, где је докторанд Мор Елгариси демонстрирао процес.Убризгао је полимер у прстен у малој течној комори, озрачио га УВ лампом и два минута касније ми дао пар хируршких рукавица.Врло пажљиво сам умочио руку у воду и извукао сочиво.„То је то, обрада је завршена“, викао је Берковић.
Сочива су апсолутно глатка на додир.Ово није само субјективни осећај: Берцовици каже да је чак и без полирања храпавост површине сочива направљеног полимерном методом мања од једног нанометра (милијардити део метра).„Силе природе саме стварају изванредне квалитете, и оне су бесплатне“, рекао је он.Насупрот томе, оптичко стакло је полирано до 100 нанометара, док су огледала НАСА-иног водећег свемирског телескопа Јамес Вебб полирана до 20 нанометара.
Али не верују сви да ће ова елегантна метода бити спаситељ милијарди људи широм света.Професор Ади Арие са Факултета електротехнике Универзитета у Тел Авиву истакао је да Берцовици и Фрумкинова метода захтева кружни калуп у који се убризгава течни полимер, сам полимер и ултраљубичасту лампу.
„Ови нису доступни у индијским селима“, истакао је он.Још једно питање које су покренули оснивач СПО Прецисион Оптицс и потпредседник Р&Д Нив Адут и главни научник компаније др Дорон Стурлеси (обојица упознати са Берковичијевим радом) је да ће замена процеса млевења пластичним одливцима отежати прилагођавање сочива на потребе.Његови људи.
Берковић није паничарио.„Критика је фундаментални део науке, а наш брзи развој у протеклој години углавном је последица тога што су нас стручњаци гурнули у ћошак“, рекао је он.Што се тиче изводљивости производње у удаљеним областима, он је додао: „Инфраструктура потребна за производњу наочара коришћењем традиционалних метода је огромна;потребне су вам фабрике, машине и техничари, а нама је потребна само минимална инфраструктура.”
Берцовици нам је показао две лампе за ултраљубичасто зрачење у својој лабораторији: „Ова је из Амазона и кошта 4 долара, а друга је са АлиЕкпресс-а и кошта 1,70 долара.Ако их немате, увек можете да користите Сунсхине“, објаснио је он.Шта је са полимерима?„Боца од 250 мл продаје се за 16 долара на Амазону.Просечно сочиво захтева 5 до 10 мл, тако да ни цена полимера није стварни фактор.”
Он је нагласио да његов метод не захтева употребу јединствених калупа за сваки број сочива, како тврде критичари.Једноставан калуп је погодан за сваки број сочива, објаснио је: „Разлика је у количини убризганог полимера, а да би се направио цилиндар за наочаре, све што је потребно је да се калуп мало растегне.“
Берцовићи је рекао да је једини скупи део процеса аутоматизација убризгавања полимера, која се мора урадити тачно према броју потребних сочива.
„Наш сан је да имамо утицај у земљи са најмање ресурса“, рекао је Берцовићи.Иако се јефтине наочаре могу донети у сиромашна села – иако то није завршено – његов план је много већи.„Баш као она позната пословица, нећу да им дам рибу, желим да их научим како да пецају.На овај начин људи ће моћи да праве своје наочаре“, рекао је он.„Хоће ли успети?Само ће време дати одговор.”
Берцовици и Фрумкин су описали овај процес у чланку пре отприлике шест месеци у првом издању Флов-а, часописа о примени механике флуида који је објавио Универзитет у Кембриџу.Али тим не намерава да остане на једноставним оптичким сочивима.У другом раду објављеном у часопису Оптица пре неколико недеља описана је нова метода за производњу сложених оптичких компоненти у области оптике слободног облика.Ове оптичке компоненте нису ни конвексне ни конкавне, већ су обликоване у топографску површину, а светлост се зрачи на површину различитих области да би се постигао жељени ефекат.Ове компоненте се могу наћи у мултифокалним наочарима, пилотским шлемовима, напредним системима пројектора, системима виртуелне и проширене стварности и на другим местима.
Производња компоненти слободног облика коришћењем одрживих метода је компликована и скупа јер је тешко брусити и полирати њихову површину.Стога, ове компоненте тренутно имају ограничену употребу.„Постоје академске публикације о могућој употреби таквих површина, али то се још није одразило на практичне примене“, објаснио је Берцовићи.У овом новом раду, лабораторијски тим који је предводио Елгариси показао је како да контролишете површински облик који настаје када се полимерна течност убризгава контролом облика оквира.Оквир се може креирати помоћу 3Д штампача.„Више не радимо ствари са кантом за брисање, али је и даље веома једноставно“, рекао је Берцовићи.
Омер Лурија, инжењер истраживања у лабораторији, истакао је да ова нова технологија може брзо да произведе посебно глатка сочива са јединственим тереном.„Надамо се да ће то значајно смањити трошкове и време производње сложених оптичких компоненти“, рекао је он.
Професор Арије је један од уредника Оптике, али није учествовао у рецензији чланка.„Ово је веома добар посао“, рекао је Али о истраживању.„Да би се произвеле асферичне оптичке површине, тренутне методе користе калупе или 3Д штампање, али је за обе методе тешко створити довољно глатке и велике површине у разумном временском оквиру.Ари верује да ће нова метода помоћи у стварању прототипа формалних компоненти слободе.„За индустријску производњу великог броја делова најбоље је припремити калупе, али да бисмо брзо тестирали нове идеје, ово је занимљив и елегантан метод“, рекао је он.
СПО је једна од водећих израелских компанија у области слободних површина.Према Адуту и Стурлесију, нова метода има предности и мане.Кажу да употреба пластике ограничава могућности јер нису издржљиве на екстремним температурама и ограничена је њихова способност да постигну довољан квалитет у целом распону боја.Што се тиче предности, истакли су да технологија има потенцијал да значајно смањи трошкове производње сложених пластичних сочива, која се користе у свим мобилним телефонима.
Адут и Стурлеси су додали да је традиционалним методама производње пречник пластичних сочива ограничен јер што су већа, то су мање прецизна.Рекли су да, према Берцовићевој методи, израда сочива у течности може спречити изобличење, што може да створи веома моћне оптичке компоненте - било у области сферичних сочива или сочива слободног облика.
Најнеочекиванији пројекат Тецхнион тима био је одабир производње великог сочива.Ето, све је почело случајним разговором и наивним питањем.„Све се ради о људима“, рекао је Берковић.Када је питао Берковића, рекао је др Едварду Барабану, научнику НАСА-ином истраживачу, да познаје његов пројекат на Универзитету Станфорд, а познаје га и на Универзитету Станфорд: „Мислиш да можеш да направиш такво сочиво за свемирски телескоп ?”
„Звучало је као луда идеја“, присећа се Берковић, „али је била дубоко утиснута у мој ум“.Након што је лабораторијски тест успешно завршен, израелски истраживачи су схватили да се метода може користити у свемиру.На крају крајева, тамо можете постићи услове микрогравитације без потребе за плутајућим течностима.„Позвао сам Едварда и рекао му да ради!“
Свемирски телескопи имају велике предности у односу на земаљске телескопе јер на њих не утиче атмосферско или светлосно загађење.Највећи проблем у развоју свемирских телескопа је тај што је њихова величина ограничена величином лансера.На Земљи, телескопи тренутно имају пречник до 40 метара.Свемирски телескоп Хабл има огледало пречника 2,4 метра, док телескоп Џејмс Веб има огледало пречника 6,5 метара — научницима је требало 25 година да постигну ово достигнуће, које кошта 9 милијарди америчких долара, делом зато што систем треба да буде развијено да може покренути телескоп у склопљеном положају и затим га аутоматски отворити у свемиру.
С друге стране, течност је већ у „савијеном“ стању.На пример, можете напунити предајник течним металом, додати механизам за убризгавање и експанзиони прстен, а затим направити огледало у свемиру.„Ово је илузија“, признао је Берковић.„Мајка ме је питала: 'Када ћеш бити спреман?Рекао сам јој, 'Можда за отприлике 20 година.Рекла је да нема времена да чека.”
Ако се овај сан оствари, то би могло да промени будућност истраживања свемира.Берковић је данас истакао да људи немају могућност да директно посматрају егзопланете – планете ван Сунчевог система, јер је за то потребан земаљски телескоп 10 пута већи од постојећих телескопа – што је са постојећом технологијом потпуно немогуће.
С друге стране, Берцовићи је додао да Фалцон Хеави, тренутно највећи свемирски лансер СпацеКс, може да носи 20 кубних метара течности.Он је објаснио да би у теорији, Фалцон Хеави могао да се користи за лансирање течности у орбиталну тачку, где би течност могла да се користи за прављење огледала пречника 75 метара - површина и сакупљена светлост би били 100 пута већи од овог другог. .Џејмс Веб телескоп.
Ово је сан и биће потребно много времена да се оствари.Али НАСА то схвата озбиљно.Заједно са тимом инжењера и научника из НАСА-иног Ејмс истраживачког центра, на челу са Балабаном, технологија се први пут испробава.
Крајем децембра, систем који је развио лабораторијски тим Берцовици биће послат на Међународну свемирску станицу, где ће бити спроведен низ експеримената како би се астронаутима омогућило да производе и лече сочива у свемиру.Пре тога, експерименти ће бити спроведени на Флориди овог викенда како би се тестирала изводљивост производње висококвалитетних сочива под микрогравитацијом без потребе за било каквом плутајућом течношћу.
Експеримент са флуидним телескопом (ФЛУТЕ) изведен је на авиону са смањеном гравитацијом – сва седишта овог авиона су уклоњена ради обуке астронаута и снимања сцена нулте гравитације у филмовима.Маневрисањем у виду антипарабола-узлазног а затим слободног пада-микрогравитација се стварају у авиону на кратко време.„С разлогом се зове 'повраћана комета'”, рекао је Берковић са осмехом.Слободни пад траје око 20 секунди, при чему је гравитација летелице близу нуле.Током овог периода, истраживачи ће покушати да направе течно сочиво и мере да докажу да је квалитет сочива довољно добар, тада раван постаје равна, гравитација се потпуно обнавља, а сочиво постаје локва.
Експеримент је предвиђен за два лета у четвртак и петак, сваки са по 30 парабола.Берцовици и већина чланова лабораторијског тима, укључујући Елгарисија и Лурија, и Фрумкин са Технолошког института Масачусетса биће присутни.
Током моје посете Тецхнион лабораторији, узбуђење је било огромно.На поду је 60 картонских кутија у којима се налази 60 малих комплета за експерименте који су сами направили.Лурија прави коначна побољшања у последњем тренутку на компјутеризованом експерименталном систему који је развио за мерење перформанси сочива.
Истовремено, тим спроводи вежбе мерења времена пре критичних тренутака.Једна екипа је стајала тамо са штоперицом, а остали су имали 20 секунди да упуце ударац.На самој летелици услови ће бити још гори, посебно након неколико слободних падова и подизања навише под повећаном гравитацијом.
Није само Тецхнион тим узбуђен.Барабан, водећи истраживач НАСА-иног Флуте Екперимента, рекао је за Хаарец: „Метода обликовања флуида може резултирати снажним свемирским телескопом са отворима од десетина или чак стотина метара.На пример, такви телескопи могу директно да посматрају околину других звезда.Планета, олакшава анализу њене атмосфере високе резолуције и може чак да идентификује велике површинске карактеристике.Овај метод такође може довести до других свемирских примена, као што су висококвалитетне оптичке компоненте за прикупљање и пренос енергије, научни инструменти и медицинска опрема Производња свемира – на тај начин игра важну улогу у економији свемира у настајању.
Непосредно пре него што је ушао у авион и кренуо у авантуру свог живота, Берковић је застао на тренутак изненађен.„Стално се питам зашто нико раније није помислио на ово“, рекао је.„Сваки пут када одем на конференцију, бојим се да ће неко устати и рећи да су неки руски истраживачи то урадили пре 60 година.На крају крајева, то је тако једноставан метод."
Време поста: 21.12.2021