Профессор Моран Берковичи жана доктор Валери Фрумкин оптикалык линзаларды жасоонун арзан технологиясын иштеп чыгышкан жана көз айнектери жок өнүгүп келе жаткан көптөгөн өлкөлөр үчүн көз айнекти чыгарууга болот.Эми НАСА аны космостук телескопторду жасоо үчүн колдонсо болорун билдирди
Илим көбүнчө кичинекей кадамдар менен өнүгөт.Ар бир жаңы экспериментке кичинекей маалымат кошулат.Окумуштуунун мээсинде пайда болгон жөнөкөй идея эч кандай технологияны колдонбостон чоң бурулушка алып келгени сейрек учурайт.Бирок бул оптикалык линзаларды өндүрүүнүн жаңы ыкмасын иштеп чыккан эки израилдик инженер менен болгон окуя.
Система жөнөкөй, арзан жана так жана дүйнө калкынын үчтөн бирине чейин чоң таасирин тийгизиши мүмкүн.Ал ошондой эле космостук изилдөөлөрдүн жүзүн өзгөртө алат.Аны долбоорлоо үчүн изилдөөчүлөргө ак такта, маркер, өчүргүч жана бир аз ийгилик гана керек.
Профессор Моран Берковичи жана Хайфадагы Техникалык-Израиль технологиялык институтунун машина куруу факультетинен доктор Валери Фрумкин оптика эмес, суюктуктардын механикасы боюнча адистешкен.Бирок бир жарым жыл мурун Шанхайда өткөн Дүйнөлүк лауреаттар форумунда Беркович израилдик экономист Дэвид Зиберман менен кокустан отуруп калган.
Зилберман Wolf сыйлыгынын лауреаты, азыр Калифорния университетинде, Берклиде, ал өнүгүп келе жаткан өлкөлөрдөгү изилдөөлөрү жөнүндө айтып берди.Берковичи өзүнүн суюктук экспериментин айтып берди.Ошондо Зиберман жөнөкөй суроо берди: "Муну көз айнекти жасоо үчүн колдоно аласызбы?"
"Өнүгүп келе жаткан өлкөлөр жөнүндө ойлогондо, адатта, безгек, согуш, ачарчылык жөнүндө ойлойсуз" деди Беркович.«Бирок Зиберман мен такыр билбеген нерсени айтты – дүйнөдө 2,5 миллиард адам көз айнекке муктаж, бирок ала албайт.Бул укмуштуудай сан».
Берковичи үйүнө кайтып келип, Дүйнөлүк Экономикалык Форумдун отчету бул санды тастыктаганын тапты.Жөнөкөй көз айнекти жасоо бир нече долларды талап кылса да, дүйнөнүн көпчүлүк бөлүгүндө арзан көз айнек чыгарылбайт жана сатылбайт.
Мектепте досканы көрө албаган балдардан баштап, көрүүсү абдан начарлап, жумушсуз калган чоңдорго чейин таасири чоң.Адамдардын жашоо сапатына зыян келтиргенден тышкары, дүйнөлүк экономиканын чыгымы жылына 3 триллион АКШ долларына чейин жетет.
Сүйлөшүүдөн кийин Беркович түнү менен уктай алган жок.Технионго келгенде, ал Фрумкин менен бул маселени талкуулады, ал ошол кезде езунун лабораториясында пост-доктордук илимий кызматкер болгон.
«Биз доскага кадр тартып, аны карадык», - деп эскерет ал."Биз суюктукту башкаруу технологиябыз менен бул форманы түзө албасыбызды инстинктивдүү билебиз жана мунун себебин билгибиз келет."
Сфералык форма оптиканын негизин түзөт, анткени линза алардан жасалган.Теориялык жактан Берковичи менен Фрумкин линза жасоо үчүн полимерден (катуу болгон суюктук) тегерек куполду жасай аларын билишкен.Бирок суюктуктар кичинекей көлөмдө гана тоголок бойдон кала алат.Алар чоңойгондо, тартылуу күчү аларды көлчүккө айлантат.
"Ошентип, биз эмне кылышыбыз керек, тартылуу күчүн жоготуу", - деп түшүндүрдү Берковичи.Ал эми Фрумкин экөө дал ушундай кылышкан.Алардын доскасын изилдеп чыккандан кийин Фрумкин абдан жөнөкөй идеяны ойлоп тапты, бирок аны эмне үчүн мурда эч ким ойлобогону түшүнүксүз – эгерде линза суюк камерага коюлса, тартылуу күчүн жок кылууга болот.Болгону камерадагы суюктуктун (калкып жүрүүчү суюктук деп аталат) линза жасалган полимердикиндей тыгыздыгы бар экенине ынануу керек, андан кийин полимер калкып калат.
Дагы бир маанилүү нерсе, эки аралашпаган суюктуктарды колдонуу, башкача айтканда, май жана суу сыяктуу бири-бири менен аралашпайт."Көпчүлүк полимерлер майларга окшош, ошондуктан биздин" жалгыз" сүзүүчү суюктук - бул ", - деди Берковичи.
Бирок суунун тыгыздыгы полимерлерге караганда төмөн болгондуктан, полимер сүзүп кетиши үчүн анын тыгыздыгын бир аз жогорулатуу керек.Бул максатта, изилдөөчүлөр да азыраак экзотикалык материалдарды - туз, кант же глицерин колдонушкан.Берковичи процесстин акыркы компоненти полимердин формасын башкарууга мүмкүн болгон катуу алкак экенин айтты.
Полимер акыркы формасына жеткенде ультрафиолет нурлануунун жардамы менен айыгып, катуу линзага айланат.Алкакты жасоо үчүн изилдөөчүлөр шакекчеге кесилген жөнөкөй канализация түтүгүн же түбүнөн кесилген Петри табагын колдонушкан."Кандай гана бала болбосун, аларды үйдө жасай алат, ал эми кыздарым экөөбүз үйдө жасадык" деди Берковичи.«Бул жылдар аралыгында биз лабораторияда көп нерселерди жасадык, алардын айрымдары өтө татаал, бирок бул биз жасаган эң жөнөкөй жана оңой иш экени талашсыз.Балким, эң негизгиси».
Фрумкин езунун биринчи кадрын чечууну ойлогон куну тузду."Ал мага WhatsAppтан сүрөт жөнөттү" деп эстеди Беркович."Артка карасак, бул абдан кичинекей жана жаман линза болчу, бирок биз абдан бактылуу болдук."Фрумкин бул жаны ойлоп табууну изилдеену улантты.«Теңдеме көрсөткөндөй, тартылуу күчүн алып салгандан кийин кадр бир сантиметрби же бир километрби, айырмасы жок;материалдын көлөмүнө жараша дайыма бирдей формага ээ болосуң».
Эки изилдөөчү экинчи муундагы жашыруун ингредиент, швабра чакасы менен экспериментин улантышып, анын жардамы менен телескопторго ылайыктуу диаметри 20 см болгон линзаларды жасашты.Линзанын баасы диаметри менен экспоненциалдуу түрдө өсөт, бирок бул жаңы ыкма менен, өлчөмүнө карабастан, сизге арзан полимер, суу, туз (же глицерин) жана шакекче форма керек.
Ингредиенттердин тизмеси 300 жыл бою дээрлик өзгөрүүсүз калган салттуу линзаларды өндүрүү ыкмаларындагы чоң өзгөрүүнү белгилейт.Салттуу процесстин алгачкы этабында айнек же пластик пластина механикалык түрдө майдаланат.Мисалы, көз айнек линзаларын жасоодо материалдын 80%ке жакыны текке кетет.Берковичи жана Фрумкин тарабынан иштелип чыккан ыкманы колдонуп, катуу материалдарды майдалоонун ордуна, алкактын ичине суюктук куюлат, ошентип линза толугу менен калдыксыз процессте жасалышы мүмкүн.Бул ыкма да жылмалоону талап кылбайт, анткени суюктуктун беттик чыңалуусу өтө жылмакай бетти камсыздай алат.
Хаарец Техниондун лабораториясына барды, анда докторант Мор Элгариси процессти көрсөттү.Ал кичинекей суюк камерадагы шакекчеге полимер сайып, аны УК лампа менен нурландырды жана эки мүнөттөн кийин мага бир жуп хирургиялык колкап берди.Мен абдан кылдаттык менен колумду сууга малып, линзаны сууруп чыктым."Бүттү, кайра иштетүү бүттү", - деп кыйкырды Беркович.
Линзалар тийүү үчүн таптакыр жылмакай.Бул жөн эле субъективдүү сезим эмес: Берковичинин айтымында, полимердик ыкма менен жасалган линзанын бетинин тегиздиги жылтырабастан да бир нанометрден (метрдин миллиарддан бири) аз.«Жаратылыштын күчтөрү өзгөчө сапаттарды өзүнөн өзү жаратат жана алар эркин», - дейт ал.Ал эми, оптикалык айнек 100 нанометрге чейин жылтыратылса, НАСАнын флагманы Джеймс Уэбб космостук телескобунун күзгүлөрү 20 нанометрге чейин жылмаланган.
Бирок бул жарашыктуу ыкма дүйнө жүзү боюнча миллиарддаган адамдардын куткаруучусу болоруна баары эле ишене бербейт.Тель-Авив университетинин электротехника факультетинин профессору Ади Ари Берковичи менен Фрумкиндин ыкмасына суюк полимер сайылган тегерек форма, полимердин өзү жана ультра кызгылт көк лампа керек экенин белгиледи.
"Булар Индиянын айылдарында жок" деди ал.SPO Precision Optics компаниясынын негиздөөчүсү жана R&D компаниясынын вице-президенти Niv Adut жана компаниянын башкы окумуштуусу доктор Дорон Стурлеси (экөө тең Берковичинин иши менен тааныш) көтөргөн дагы бир маселе, майдалоо процессин пластикалык куюу менен алмаштыруу объективди ыңгайлаштырууну кыйындатат. муктаждыктары.Анын эли.
Беркович дүрбөлөңгө түшкөн жок."Сын - бул илимдин фундаменталдык бөлүгү жана акыркы жылдагы биздин тез өнүгүүбүз көбүнчө адистердин бизди бурчка түртүшүнө байланыштуу" деди ал.Алыскы аймактарда өндүрүштүн максатка ылайыктуулугуна токтолуп, ал мындай деп кошумчалады: «Салттуу ыкмалар менен көз айнек чыгаруу үчүн зарыл болгон инфраструктура абдан чоң;силерге заводдор, машиналар жана техниктер керек, ал эми бизге минималдуу инфраструктура гана керек».
Берковичи бизге лабораториясында эки ультрафиолет нурлануучу лампаны көрсөттү: «Бул Амазонкадан алынган жана баасы 4 доллар, экинчиси AliExpressдан жана 1,70 доллар турат.Эгер алар жок болсо, сиз ар дайым Sunshine колдоно аласыз», - деп түшүндүрдү ал.Ал эми полимерлер жөнүндө эмне айтууга болот?«250 мл бөтөлкө Amazonда 16 долларга сатылат.Орточо линзага 5-10 мл керектелет, ошондуктан полимердин баасы да реалдуу фактор эмес».
Ал анын ыкмасы сынчылар ырастагандай, ар бир линза саны үчүн уникалдуу калыптарды колдонууну талап кылбайт деп баса белгиледи.Жөнөкөй форма линзанын ар бир номерине ылайыктуу, - деп түшүндүрдү ал: "Айырмасы - сайылган полимердин көлөмү, ал эми көз айнек үчүн цилиндр жасоо үчүн калыпты бир аз сунуу гана талап кылынат".
Берковичи процесстин бирден-бир кымбат бөлүгү полимердик инъекцияны автоматташтыруу экенин, ал талап кылынган линзалардын санына жараша так аткарылышы керек экенин айтты.
"Биздин кыялыбыз - эң аз ресурстар менен өлкөдө таасирин тийгизүү" деди Берковичи.Жакыр айылдарга арзан көз айнек алып келүүгө болот да - бул аткарыла элек болсо да - анын планы алда канча чоң.«Ошол атактуу макалдай эле мен аларга балык бергим келбейт, балык кармаганды үйрөткүм келет.Ушундай жол менен адамдар өздөрү көз айнекти жасай алышат», - деди ал.«Ийгиликке жетеби?Жоопту убакыт гана берет”.
Берковичи жана Фрумкин бул процессти алты ай мурун Кембридж университети тарабынан басылып чыккан суюктук механикасынын өтүнмөлөр журналынын Flow биринчи басылышында макаласында сүрөттөшкөн.Бирок команда жөнөкөй оптикалык линзалар боюнча калууга ниеттенбейт.Бир нече жума мурун Optica журналында жарыяланган дагы бир кагаз эркин формадагы оптика тармагында татаал оптикалык компоненттерди өндүрүүнүн жаңы ыкмасын сүрөттөгөн.Бул оптикалык компоненттер томпок да, оюк да эмес, бирок топографиялык бетке калыптанган жана каалаган эффектке жетүү үчүн жарык ар түрдүү аймактардын бетине нурланат.Бул компоненттерди мультифокалдык көз айнектерден, пилоттук каскалардан, өнүккөн проектор системаларынан, виртуалдык жана кеңейтилген реалдуулук системаларынан жана башка жерлерден тапса болот.
Туруктуу ыкмаларды колдонуу менен эркин формадагы компоненттерди өндүрүү татаал жана кымбат, анткени алардын бетинин аянтын майдалоо жана жылмалоо кыйын.Ошондуктан, бул компоненттер учурда чектелген колдонууга ээ."Мындай беттердин мүмкүн болгон колдонулушу боюнча академиялык басылмалар бар, бирок бул практикалык колдонмолордо чагылдырыла элек", - деп түшүндүрдү Берковичи.Бул жаңы макалада Эльгариси жетектеген лабораториялык топ алкактын формасын көзөмөлдөө аркылуу полимер суюктугун сайганда пайда болгон беттик форманы кантип көзөмөлдөө керектигин көрсөттү.Рамканы 3D принтердин жардамы менен түзсө болот."Биз эми швабра чака менен эч нерсе кылбайбыз, бирок баары бир абдан жөнөкөй" деди Берковичи.
Лабораториянын инженер-изилдөөчүсү Омер Лурия бул жаңы технологиянын өзгөчө рельефке ээ өзгөчө жылмакай линзаларды тез чыгара аларын белгиледи."Биз бул татаал оптикалык компоненттердин баасын жана өндүрүш убактысын олуттуу кыскарта алат деп үмүттөнөбүз" деди ал.
Профессор Ари Оптиканын редакторлорунун бири, бирок макаланы кароого катышкан эмес."Бул абдан жакшы жумуш" деди Али изилдөө жөнүндө."Асферикалык оптикалык беттерди өндүрүү үчүн учурдагы ыкмалар калыптарды же 3D басып чыгарууну колдонушат, бирок эки ыкма тең жетиштүү жылмакай жана чоң беттерди акылга сыярлык мөөнөттө түзүү кыйын."Ари жаңы ыкма формалдуу компоненттердин эркиндик прототипин түзүүгө жардам берет деп эсептейт."Көп сандагы тетиктерди өнөр жай өндүрүшү үчүн калыптарды даярдаган жакшы, бирок жаңы идеяларды тез сынап көрүү үчүн бул кызыктуу жана жарашыктуу ыкма" деди ал.
SPO эркин формадагы беттер тармагындагы Израилдин алдыңкы компанияларынын бири.Адут менен Штурлесинин айтымында, жаңы ыкманын артыкчылыктары да, кемчиликтери да бар.Алардын айтымында, пластмассаларды колдонуу мүмкүнчүлүктөрдү чектейт, анткени алар экстремалдык температурада туруктуу эмес жана бардык түс диапазонунда жетиштүү сапатка жетүү мүмкүнчүлүгү чектелген.Артыкчылыктарга келсек, алар технологиянын бардык уюлдук телефондордо колдонулуучу татаал пластик линзалардын өндүрүштүк наркын бир топ төмөндөтүү мүмкүнчүлүгү бар экенин белгилешти.
Адут жана Стурлеси кошумчалагандай, салттуу өндүрүш ыкмалары менен пластикалык линзалардын диаметри чектелүү, анткени алар канчалык чоң болсо, ошончолук так эмес.Алар Берковичинин ыкмасына ылайык, линзаларды суюктукта жасоо бурмалоону алдын алат, ал абдан күчтүү оптикалык компоненттерди – сфералык линзалар тармагында болобу же эркин формадагы линзаларды түзө алат.
Technion командасынын эң күтүлбөгөн долбоору чоң линзаларды чыгарууну тандоо болгон.Бул жерде баары кокусунан сүйлөшүүдөн жана жөнөкөй суроодон башталды."Мунун баары адамдар жөнүндө" деди Беркович.Ал Берковичтен сураганда, ал НАСАнын изилдөөчү илимпоз доктор Эдвард Барабанга анын долбоорун Стэнфорд университетинде, ал эми аны Стэнфорд университетинде билерин айтып жаткан: «Сиз космостук телескоп үчүн ушундай линзаларды жасай алам деп ойлойсуз. ?”
"Бул жинди идея сыяктуу угулду, - деп эскерет Беркович, - бирок ал менин оюмда терең сакталып калган".Лабораториялык сыноо ийгиликтүү аяктагандан кийин, израилдик изилдөөчүлөр бул ыкманы космосто да ушундай эле иштесе болорун түшүнүштү.Кантсе да, ал жерде микрогравитация шарттарына сүзүүчү суюктуктарды талап кылбастан жетишүүгө болот."Мен Эдвардга чалып, ага айттым, ал иштейт!"
Космостук телескоптор жердеги телескопторго караганда чоң артыкчылыктарга ээ, анткени алар атмосферанын же жарыктын булгануусунан таасир этпейт.Космостук телескопторду иштеп чыгуунун эң чоң көйгөйү – алардын өлчөмү учуруучу аппараттын өлчөмү менен чектелиши.Жерде учурда телескоптордун диаметри 40 метрге чейин жетет.Хаббл космостук телескобу 2,4 метр диаметрдеги күзгүгө ээ, ал эми Джеймс Уэбб телескобу 6,5 метрлик күзгүгө ээ — бул жетишкендикке жетүү үчүн окумуштууларга 25 жыл талап кылынган, 9 миллиард АКШ доллары сарпталган. телескопту бүктөлгөн абалда учуруп, анан космосто автоматтык түрдө ача ала турган иштелип чыккан.
Башка жагынан алганда, Суюктук буга чейин "бүктөлгөн" абалда.Мисалы, сиз өткөргүчтү суюк металл менен толтуруп, инъекциялык механизмди жана кеңейтүү шакекчесин кошуп, андан кийин мейкиндикте күзгү жасай аласыз."Бул иллюзия", - деп мойнуна алды Беркович."Апам менден:"Качан даяр болосуң?Мен ага: «Мүмкүн 20 жылдан кийин.Ал күтүүгө убактысы жок экенин айтты».
Бул кыял ишке ашса, космостук изилдөөлөрдүн келечегин өзгөртүшү мүмкүн.Бүгүнкү күндө Беркович адамдардын Күн системасынын сыртындагы экзопланеталарды-планеталарды түздөн-түз байкоого мүмкүнчүлүгү жок экенин, анткени бул үчүн азыркы телескопторго караганда 10 эсе чоң Жер телескобу керек экенине көңүл бурган - бул азыркы технология менен таптакыр мүмкүн эмес.
Бир тараптан Берковичи кошумчалагандай, учурда эң чоң космостук учуруучу SpaceX болгон Falcon Heavy 20 метр куб суюктукту ташый алат.Ал теориялык жактан Falcon Heavy суюктукту орбиталык чекитке чыгаруу үчүн колдонулушу мүмкүн экенин, ал жерде суюктук 75 метр диаметрдеги күзгү жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн экенин түшүндүрдү — беттин аянты жана чогулган жарык акыркысынан 100 эсе чоң болот. .Джеймс Уэбб телескобу.
Бул кыял, аны ишке ашыруу үчүн көп убакыт талап кылынат.Бирок НАСА муну олуттуу кабыл алууда.Балабан жетектеген НАСАнын Эймс изилдөө борборунун инженерлер жана илимпоздор тобу менен бирге технология биринчи жолу сыналууда.
Декабрдын аягында Bercovici лабораториялык командасы тарабынан иштелип чыккан система Эл аралык Космос станциясына жөнөтүлөт, анда астронавттарга космосто линзаларды жасап, айыктыруу үчүн бир катар эксперименттер өткөрүлөт.Ага чейин, ушул дем алыш күндөрү Флоридада эч кандай сүзүүчү суюктуктун кереги жок, микрогравитация астында жогорку сапаттагы линзаларды чыгаруунун максатка ылайыктуулугун текшерүү үчүн эксперименттер өткөрүлөт.
Суюктук телескоп эксперименти (ФЛЮТ) тартылуу күчү азайтылган учакта жүргүзүлдү - бул учактын бардык отургучтары астронавттарды окутуу жана кинолордо тартылуу күчү жок көрүнүштөрдү тартуу үчүн алынып салынган.Антипарабола-жогорулатуу жана андан кийин эркин кулоо түрүндөгү маневр жасоо менен учакта кыска убакыттын ичинде микрогравитивдүү шарттар түзүлөт."Бул жүйөлүү себептерден улам "кусуу комета" деп аталат", - деди Беркович жылмайып.Эркин түшүү болжол менен 20 секундга созулат, мында учактын тартылуу күчү нөлгө жакын.Бул мезгилде изилдөөчүлөр суюк линзаны жасап, өлчөөлөрдү жасап, линзанын сапаты жетиштүү экенин, андан кийин учак түз болуп, тартылуу күчү толугу менен калыбына келип, линза көлчүккө айланаарын далилдегенге аракет кылышат.
Эксперимент бейшемби жана жума күндөрү ар биринде 30 параболадан турган эки каттам үчүн пландаштырылган.Берковичи жана лабораториялык топтун көпчүлүк мүчөлөрү, анын ичинде Эльгариси жана Лурия, Массачусетс технологиялык институтунан Фрумкин катышат.
Technion лабораториясына барганымда, толкундануу абдан күчтүү болду.Полдо 60 картон ящик бар, аларда эксперимент учун ез алдынча жасалган 60 чакан комплект бар.Лурия линзанын өндүрүмдүүлүгүн өлчөө үчүн иштеп чыккан компьютерлештирилген эксперименталдык системаны акыркы жана акыркы мүнөттө өркүндөтүүдө.
Ошол эле учурда команда критикалык көз ирмемдердин алдында хронометраждык машыгууларды өткөрүп жатат.Бир команда секундомер менен ошол жерде турду, ал эми калгандарына сокку жасоо үчүн 20 секунд убакыт бар.Учактын өзүндө шарттар андан да жаман болот, айрыкча, бир нече эркин кулап түшкөндөн жана тартылуу күчүнүн астында өйдө көтөрүлгөндөн кийин.
Бул бир гана Technion командасы толкунданган эмес.НАСАнын флейта экспериментинин жетектөөчү изилдөөчүсү Барабан Haaretzге: «Суюктуктарды калыптандыруу ыкмасы ондогон, ал тургай жүздөгөн метр тешиктери бар күчтүү космос телескопторуна алып келиши мүмкүн.Мисалы, мындай телескоптор башка жылдыздардын айланасын түз байкоого болот.Планета, анын атмосферасын жогорку чечкиндүү талдоо көмөктөшөт, ал тургай, ири масштабдуу бет өзгөчөлүктөрүн аныктай алат.Бул ыкма ошондой эле башка космостук колдонмолорго, мисалы, энергияны чогултуу жана берүү үчүн жогорку сапаттагы оптикалык компоненттерди, илимий приборлорду жана медициналык жабдууларды Космос өндүрүшүнө алып келиши мүмкүн, демек, өнүгүп келе жаткан космос экономикасында маанилүү ролду ойнойт.
Беркович самолетко отуруп, жашоосунун укмуштуу окуясын баштаардан бир аз мурун таң калып, бир азга токтоп калды."Мен өзүмдөн эмне үчүн буга чейин эч ким бул жөнүндө ойлогон эмес", - деди ал.«Мен конференцияга барган сайын кимдир бирөө ордунан туруп, 60 жыл мурун орусиялык изилдөөчүлөр ушундай кылган деп корком.Анткени, бул абдан жөнөкөй ыкма».
Посттун убактысы: 21-декабрь, 2021-жыл