Prófessor Moran Bercovici og Dr. Valeri Frumkin hafa þróað ódýra tækni til að framleiða sjónlinsur og það er hægt að framleiða gleraugu fyrir mörg þróunarlönd þar sem gleraugu eru ekki fáanleg.Nú segir NASA að hægt sé að nota það til að búa til geimsjónauka
Vísindin þróast venjulega í litlum skrefum.Smá upplýsingum er bætt við hverja nýja tilraun.Það er sjaldgæft að einföld hugmynd sem birtist í heila vísindamanns leiði til mikils byltingar án þess að nota tækni.En þetta er það sem kom fyrir tvo ísraelska verkfræðinga sem þróuðu nýja aðferð til að framleiða sjónlinsur.
Kerfið er einfalt, ódýrt og nákvæmt og gæti haft mikil áhrif á allt að þriðjung jarðarbúa.Það gæti líka breytt ásýnd geimrannsókna.Til þess að hanna það þurfa rannsakendur aðeins hvítt borð, merki, strokleður og smá heppni.
Prófessor Moran Bercovici og Dr. Valeri Frumkin frá vélaverkfræðideild Tækniskólans í Haifa sérhæfa sig í vökvafræði, ekki ljósfræði.En fyrir einu og hálfu ári, á World Laureate Forum í Shanghai, sat Berkovic fyrir tilviljun með David Ziberman, ísraelskum hagfræðingi.
Zilberman er úlfaverðlaunahafi og nú við Kaliforníuháskóla í Berkeley talaði hann um rannsóknir sínar í þróunarlöndum.Bercovici lýsti vökvatilraun sinni.Þá spurði Ziberman einfaldrar spurningar: "Geturðu notað þetta til að búa til gleraugu?"
„Þegar þú hugsar um þróunarlönd hugsarðu venjulega um malaríu, stríð, hungur,“ sagði Berkovic.„En Ziberman sagði eitthvað sem ég veit alls ekki - 2,5 milljarðar manna í heiminum þurfa gleraugu en geta ekki fengið þau.Þetta er ótrúleg tala."
Bercovici sneri aftur heim og komst að því að skýrsla frá World Economic Forum staðfesti þessa tölu.Þó að það kosti aðeins nokkra dollara að búa til einföld gleraugu eru ódýr gleraugu hvorki framleidd né seld víðast hvar í heiminum.
Áhrifin eru gríðarleg, allt frá börnum sem sjá ekki töfluna í skólanum til fullorðinna sem versna svo mikið að sjónin missir vinnuna.Auk þess að skaða lífsgæði fólks er kostnaður við hagkerfi heimsins áætlaður vera allt að 3 billjónir Bandaríkjadala á ári.
Eftir samtalið gat Berkovic ekki sofið á nóttunni.Þegar hann kom til Technion ræddi hann þetta mál við Frumkin, sem þá var nýdoktor á rannsóknarstofu sinni.
„Við teiknuðum skot á töfluna og horfðum á það,“ rifjaði hann upp.„Við vitum ósjálfrátt að við getum ekki búið til þessa lögun með vökvastjórnunartækni okkar og við viljum komast að því hvers vegna.
Kúlulaga lögunin er undirstaða ljósfræði því linsan er gerð úr þeim.Fræðilega séð vissu Bercovici og Frumkin að þeir gætu búið til hringlaga hvelfingu úr fjölliðu (vökvi sem hafði storknað) til að búa til linsu.En vökvar geta aðeins verið kúlulaga í litlu magni.Þegar þeir eru stærri mun þyngdaraflið troða þeim í polla.
„Svo það sem við verðum að gera er að losna við þyngdarafl,“ útskýrði Bercovici.Og þetta er nákvæmlega það sem hann og Frumkin gerðu.Eftir að hafa rannsakað töfluna þeirra kom Frumkin með mjög einfalda hugmynd, en það er ekki ljóst hvers vegna engum hafði dottið það í hug áður - ef linsan er sett í vökvahólf er hægt að útrýma áhrifum þyngdaraflsins.Það eina sem þú þarft að gera er að ganga úr skugga um að vökvinn í hólfinu (kallaður flotvökvinn) hafi sama þéttleika og fjölliðan sem linsan er gerð úr og þá mun fjölliðan fljóta.
Annað mikilvægt er að nota tvo óblandanlega vökva, sem þýðir að þeir blandast ekki saman, eins og olíu og vatn.„Flestar fjölliður eru meira eins og olíur, þannig að okkar 'einfaldi' flotvökvi er vatn,“ sagði Bercovici.
En vegna þess að vatn hefur lægri eðlismassa en fjölliður þarf að auka þéttleika þess aðeins svo fjölliðan fljóti.Í þessu skyni notuðu vísindamennirnir einnig minna framandi efni - salt, sykur eða glýserín.Bercovici sagði að lokaþátturinn í ferlinu væri stífur rammi sem fjölliðu er sprautað í svo hægt sé að stjórna formi hennar.
Þegar fjölliðan nær endanlegri mynd er hún læknað með útfjólublári geislun og verður að fastri linsu.Til að búa til grindina notuðu rannsakendur einfalt skólprör, skorið í hring eða petrífat skorið frá botninum.„Hvert barn getur búið til þær heima og við dætur mínar bjuggum til heima,“ sagði Bercovici.„Í gegnum árin höfum við gert ýmislegt á rannsóknarstofunni, sumt er mjög flókið, en það er enginn vafi á því að þetta er það einfaldasta og auðveldasta sem við höfum gert.Kannski það mikilvægasta."
Frumkin bjó til sitt fyrsta skot sama dag og hann hugsaði um lausnina.„Hann sendi mér mynd á WhatsApp,“ rifjaði Berkovic upp.„Eftir á litið var þetta mjög lítil og ljót linsa, en við vorum mjög ánægð.“Frumkin hélt áfram að rannsaka þessa nýju uppfinningu.„Jöfnan sýnir að þegar þú fjarlægir þyngdarafl skiptir ekki máli hvort ramminn er einn sentimetri eða einn kílómetri;eftir efnismagni færðu alltaf sömu lögun.“
Rannsakendurnir tveir héldu áfram að gera tilraunir með annarri kynslóð leyniefnisins, moppufötunni, og notuðu það til að búa til linsu með 20 cm þvermál sem hentar fyrir sjónauka.Kostnaður við linsuna eykst veldishraða með þvermálinu, en með þessari nýju aðferð, óháð stærð, er allt sem þú þarft ódýr fjölliða, vatn, salt (eða glýserín) og hringmót.
Hráefnislistinn markar mikla breytingu á hefðbundnum linsuframleiðsluaðferðum sem hafa haldist nánast óbreyttar í 300 ár.Á upphafsstigi hefðbundins ferlis er gler- eða plastplata vélrænt maluð.Sem dæmi má nefna að þegar gleraugnagler eru framleidd fara um 80% af efninu til spillis.Með því að nota aðferðina sem Bercovici og Frumkin hönnuðu, í stað þess að mala fast efni, er vökvi sprautað inn í grindina, þannig að hægt er að framleiða linsuna í algjörlega úrgangslausu ferli.Þessi aðferð krefst heldur ekki fægingar því yfirborðsspenna vökvans getur tryggt einstaklega slétt yfirborð.
Haaretz heimsótti rannsóknarstofu Technion þar sem doktorsneminn Mor Elgarisi sýndi ferlið.Hann sprautaði fjölliðu inn í hring í litlu vökvahólfinu, geislaði það með UV lampa og rétti mér skurðhanska tveimur mínútum síðar.Ég dýfði hendinni mjög varlega í vatnið og dró linsuna út.„Það er það, vinnslunni er lokið,“ hrópaði Berkovic.
Linsurnar eru alveg sléttar viðkomu.Þetta er ekki bara huglæg tilfinning: Bercovici segir að jafnvel án fægja sé yfirborðsgrófleiki linsu sem gerð er með fjölliðaaðferð minni en einn nanómetri (einn milljarður úr metra).„Náttúruöflin skapa óvenjulega eiginleika ein og sér og þau eru frjáls,“ sagði hann.Aftur á móti er optískt gler slípað í 100 nanómetra, en speglar flaggskips James Webb geimsjónaukans NASA eru slípaðir í 20 nanómetra.
En það eru ekki allir sem trúa því að þessi glæsilega aðferð verði bjargvættur milljarða manna um allan heim.Prófessor Ady Arie frá rafmagnsverkfræðideild háskólans í Tel Aviv benti á að aðferð Bercovici og Frumkins krefjist hringlaga móts sem fljótandi fjölliðu er sprautað í, fjölliðunnar sjálfrar og útfjólubláa lampa.
„Þetta er ekki fáanlegt í indverskum þorpum,“ benti hann á.Annað mál sem SPO Precision Optics, stofnandi og varaforseti R&D, Niv Adut, og aðalvísindamaður fyrirtækisins Dr. Doron Sturlesi (báðir kannast vel við verk Bercovici) sem SPO Precision Optics, hefur tekið upp er að ef skipt er um mölunarferlið fyrir plaststeypu verður erfitt að laga linsuna að þarfir.Fólkið þess.
Berkovic örvaði ekki.„Gagnrýni er grundvallaratriði í vísindum og hröð þróun okkar síðastliðið ár er að miklu leyti til komin vegna þess að sérfræðingar hafa ýtt okkur út í hornið,“ sagði hann.Varðandi hagkvæmni þess að framleiða á afskekktum svæðum bætti hann við: „Innviðirnir sem þarf til að framleiða gleraugu með hefðbundnum aðferðum er gríðarlegur;þú þarft verksmiðjur, vélar og tæknimenn og við þurfum aðeins lágmarksinnviði.“
Bercovici sýndi okkur tvo útfjólubláa geislalampa á rannsóknarstofu sinni: „Þessi er frá Amazon og kostar $4, en hinn er frá AliExpress og kostar $1,70.Ef þú ert ekki með þá geturðu alltaf notað Sunshine,“ útskýrði hann.Hvað með fjölliður?„250 ml flaska selst á $16 á Amazon.Meðallinsa þarf 5 til 10 ml, þannig að kostnaður við fjölliðuna er ekki raunverulegur þáttur heldur.“
Hann lagði áherslu á að aðferð hans krefst þess ekki að nota einstök mót fyrir hvert linsunúmer, eins og gagnrýnendur halda fram.Einfalt mót hentar fyrir hvert linsunúmer, útskýrði hann: „Munurinn er magn fjölliða sem sprautað er inn og til að búa til strokk fyrir glösin þarf bara að teygja mótið aðeins.
Bercovici sagði að eini dýri hluti ferlisins væri sjálfvirkni fjölliða innspýtingar, sem verður að gera nákvæmlega í samræmi við fjölda linsa sem þarf.
„Draumur okkar er að hafa áhrif í landinu með sem minnst fjármagn,“ sagði Bercovici.Þó að hægt sé að koma með ódýr glös til fátækra þorpa - þó að þessu hafi ekki verið lokið - er áætlun hans miklu stærri.„Alveg eins og þetta fræga orðtak, ég vil ekki gefa þeim fisk, ég vil kenna þeim að veiða.Þannig mun fólk geta búið til sín eigin gleraugu,“ sagði hann.„Mun það heppnast?Aðeins tíminn mun gefa svarið."
Bercovici og Frumkin lýstu þessu ferli í grein fyrir um hálfu ári síðan í fyrstu útgáfu Flow, tímarits um vökvatækniforrit sem gefin er út af háskólanum í Cambridge.En liðið ætlar ekki að vera á einföldum sjónlinsum.Önnur grein sem birt var í tímaritinu Optica fyrir nokkrum vikum lýsti nýrri aðferð til að framleiða flókna ljósfræðilega íhluti á sviði ljósfræði í frjálsu formi.Þessir sjónþættir eru hvorki kúptir né íhvolfir, heldur mótaðir í staðfræðilegt yfirborð og ljós er geislað á yfirborð mismunandi svæða til að ná tilætluðum áhrifum.Þessa íhluti er að finna í fjölfóknum gleraugum, flugmannahjálmum, háþróuðum skjávarpakerfum, sýndar- og auknum veruleikakerfum og öðrum stöðum.
Framleiðsla á íhlutum í frjálsu formi með sjálfbærum aðferðum er flókið og dýrt vegna þess að erfitt er að mala og pússa yfirborð þeirra.Þess vegna hafa þessir íhlutir takmarkaða notkun sem stendur.„Það hafa verið fræðilegar útgáfur um mögulega notkun slíkra yfirborða, en þetta hefur ekki enn endurspeglast í hagnýtri notkun,“ útskýrði Bercovici.Í þessari nýju grein sýndi rannsóknarstofuhópurinn undir forystu Elgarisi hvernig á að stjórna yfirborðsforminu sem myndast þegar fjölliðavökvi er sprautað með því að stjórna formi rammans.Hægt er að búa til rammann með þrívíddarprentara.„Við gerum ekki lengur hluti með moppufötu, en það er samt mjög einfalt,“ sagði Bercovici.
Omer Luria, rannsóknarverkfræðingur á rannsóknarstofunni, benti á að þessi nýja tækni geti fljótt framleitt sérstaklega sléttar linsur með einstöku landslagi.„Við vonum að það geti dregið verulega úr kostnaði og framleiðslutíma flókinna sjónrænna íhluta,“ sagði hann.
Prófessor Arie er einn af ritstjórum Optica en tók ekki þátt í umfjöllun um greinina.„Þetta er mjög gott starf,“ sagði Ali um rannsóknina.„Til þess að framleiða ókúlulaga sjónfleti nota núverandi aðferðir mót eða þrívíddarprentun, en báðar aðferðirnar eru erfiðar að búa til nægilega slétta og stóra fleti innan hæfilegs tímaramma.Arie telur að nýja aðferðin muni hjálpa til við að skapa frelsi Frumgerð formlegra íhluta."Fyrir iðnaðarframleiðslu á miklum fjölda hluta er best að útbúa mót, en til að prófa nýjar hugmyndir fljótt er þetta áhugaverð og glæsileg aðferð," sagði hann.
SPO er eitt af leiðandi fyrirtækjum Ísraels á sviði frjálst form yfirborðs.Að sögn Adut og Sturlesi hefur nýja aðferðin kosti og galla.Þeir segja að notkun plasts takmarki möguleika vegna þess að það er ekki endingargott við mikla hitastig og geta þeirra til að ná nægilegum gæðum yfir allt litasviðið sé takmörkuð.Hvað kostina varðar bentu þeir á að tæknin gæti dregið verulega úr framleiðslukostnaði á flóknum plastlinsum, sem notaðar eru í alla farsíma.
Adut og Sturlesi bættu því við að með hefðbundnum framleiðsluaðferðum sé þvermál plastlinsanna takmarkað því því stærri sem þær eru því nákvæmari verða þær.Þeir sögðu að samkvæmt aðferð Bercovici gæti framleiðsla á linsum í vökva komið í veg fyrir röskun, sem getur búið til mjög öfluga sjónræna íhluti - hvort sem er á sviði kúlulaga linsur eða linsur í frjálsu formi.
Óvæntasta verkefni Technion liðsins var að velja að framleiða stóra linsu.Hér byrjaði þetta allt með óvart samtali og barnalegri spurningu.„Þetta snýst allt um fólk,“ sagði Berkovic.Þegar hann spurði Berkovic var hann að segja Dr. Edward Baraban, vísindamanni NASA, að hann þekkti verkefnið sitt við Stanford háskólann og hann þekkti hann við Stanford háskólann: „Þú heldur að þú getir Gerir þú svona linsu fyrir geimsjónauka ?”
„Þetta hljómaði eins og vitlaus hugmynd,“ rifjar Berkovic upp, „en hún var djúpt greypt í huga minn.Eftir að rannsóknarstofuprófinu lauk með góðum árangri áttuðu ísraelskir vísindamenn að hægt væri að nota aðferðina í Hún virkar á sama hátt í geimnum.Þegar öllu er á botninn hvolft geturðu náð örþyngdarskilyrðum þar án þess að þurfa fljótandi vökva.„Ég hringdi í Edward og ég sagði honum, það virkar!
Geimsjónaukar hafa mikla kosti fram yfir sjónauka á jörðu niðri vegna þess að þeir verða ekki fyrir áhrifum af andrúmslofts- eða ljósmengun.Stærsta vandamálið við þróun geimsjónauka er að stærð þeirra takmarkast af stærð skotvopnsins.Á jörðinni eru sjónaukar nú allt að 40 metrar í þvermál.Hubble geimsjónaukinn er með 2,4 metra þvermál spegil, en James Webb sjónaukinn er með 6,5 metra þvermál spegil - það tók vísindamenn 25 ár að ná þessu afreki og kostaði 9 milljarða Bandaríkjadala, meðal annars vegna þess að A kerfi þarf að vera þróað sem getur skotið sjónaukanum á loft í samanbrotinni stöðu og síðan opnað hann sjálfkrafa í geimnum.
Aftur á móti er Liquid þegar í „brotnu“ ástandi.Til dæmis er hægt að fylla sendinn með fljótandi málmi, bæta við inndælingarbúnaði og þensluhring og búa síðan til spegil í geimnum.„Þetta er blekking,“ viðurkenndi Berkovic.„Móðir mín spurði mig: „Hvenær verður þú tilbúinn?Ég sagði við hana: „Kannski eftir um 20 ár.Hún sagðist ekki hafa tíma til að bíða.
Ef þessi draumur rætist gæti það breytt framtíð geimrannsókna.Í dag benti Berkovic á að menn hafi ekki getu til að fylgjast beint með fjarreikistjörnum - plánetum utan sólkerfisins, vegna þess að til þess þarf jarðsjónauka sem er 10 sinnum stærri en núverandi sjónaukar - sem er algjörlega ómögulegt með núverandi tækni.
Á hinn bóginn bætti Bercovici við að Falcon Heavy, sem nú er stærsti geimskoti SpaceX, geti borið 20 rúmmetra af vökva.Hann útskýrði að fræðilega væri hægt að nota Falcon Heavy til að skjóta vökva á brautarpunkt þar sem hægt væri að nota vökvann til að búa til 75 metra þvermál spegil - yfirborðsflatarmál og safnað ljós væri 100 sinnum stærra en hið síðarnefnda. .James Webb sjónauki.
Þetta er draumur og það mun taka langan tíma að átta sig á honum.En NASA tekur það alvarlega.Ásamt teymi verkfræðinga og vísindamanna frá Ames rannsóknarmiðstöð NASA, undir forystu Balaban, er verið að reyna tæknina í fyrsta skipti.
Seint í desember verður kerfi þróað af Bercovici rannsóknarstofuhópnum sent til Alþjóðlegu geimstöðvarinnar, þar sem röð tilrauna verður gerðar til að gera geimfarum kleift að framleiða og lækna linsur í geimnum.Þar áður verða gerðar tilraunir í Flórída um helgina til að kanna hagkvæmni þess að framleiða hágæða linsur undir örþyngdarafl án þess að þörf sé á neinum flotvökva.
Fluid Telescope Experiment (FLUTE) var gerð á flugvél með minni þyngdarafl - öll sæti þessarar flugvélar voru fjarlægð til að þjálfa geimfara og taka þyngdarlaus atriði í kvikmyndum.Með því að hreyfa sig í formi andfleygboga-hækkandi og síðan fallandi frjálst skapast örþyngdarskilyrði í flugvélinni í stuttan tíma.„Þetta er kallað „uppköst halastjarna“ af góðri ástæðu,“ sagði Berkovic og brosti.Frjálst fallið varir í um 20 sekúndur, þar sem þyngdarafl flugvélarinnar er nálægt núlli.Á þessu tímabili munu rannsakendur reyna að búa til fljótandi linsu og gera mælingar til að sanna að gæði linsunnar séu nógu góð, þá verður flugvélin beint, þyngdaraflið er að fullu endurheimt og linsan verður að polli.
Tilraunin er áætluð í tvö flug á fimmtudag og föstudag, hvert með 30 fleygbogum.Bercovici og flestir meðlimir rannsóknarstofunnar, þar á meðal Elgarisi og Luria, og Frumkin frá Massachusetts Institute of Technology verða viðstaddir.
Í heimsókn minni á rannsóknarstofu Technion var spennan yfirþyrmandi.Á gólfinu eru 60 pappakassar sem innihalda 60 sjálfsmíðuð smásett fyrir tilraunir.Luria er að gera síðustu og síðustu endurbætur á tölvutæku tilraunakerfinu sem hann þróaði til að mæla frammistöðu linsu.
Á sama tíma stundar liðið tímasetningaræfingar fyrir mikilvægar stundir.Eitt liðið stóð þarna með skeiðklukku og hin höfðu 20 sekúndur til að skjóta.Á flugvélinni sjálfri verða aðstæður enn verri, sérstaklega eftir nokkur frjáls fall og lyftingar upp við aukið þyngdarafl.
Það er ekki bara Technion liðið sem er spennt.Baraban, aðalrannsakandi flaututilrauna NASA, sagði við Haaretz: „Vökvamótunaraðferðin getur leitt til öflugra geimsjónauka með ljósop sem nemur tugum eða jafnvel hundruðum metra.Slíkir sjónaukar geta til dæmis fylgst beint með umhverfi annarra stjarna.Reikistjarna, auðveldar greiningu í háum upplausn á andrúmslofti sínu og gæti jafnvel greint stórfellda yfirborðseinkenni.Þessi aðferð getur einnig leitt til annarra geimnota, svo sem hágæða sjónrænna íhluta fyrir orkuuppskeru og flutning, vísindatækja og lækningatækja Geimframleiðslu - og gegnir því mikilvægu hlutverki í vaxandi geimhagkerfi.
Skömmu áður en hann fór um borð í flugvélina og lagði af stað í ævintýri lífs síns staldraði Berkovic við um stund af undrun.„Ég spyr sjálfan mig í sífellu hvers vegna engum datt þetta í hug áður,“ sagði hann.„Í hvert skipti sem ég fer á ráðstefnu er ég hræddur um að einhver muni standa upp og segja að sumir rússneskir vísindamenn hafi gert þetta fyrir 60 árum.Enda er þetta svo einföld aðferð.“
Birtingartími: 21. desember 2021