Проф. Моран Берцовичи и д-р Валери Фрумкин развија евтина технологија за производство на оптички леќи и можно е да се произведуваат очила за многу земји во развој каде што очилата не се достапни.Сега, НАСА вели дека може да се користи за производство на вселенски телескопи
Науката обично напредува со мали чекори.На секој нов експеримент се додава мала информација.Ретко е едноставна идеја што се појавува во мозокот на научникот да доведе до голем пробив без користење на каква било технологија.Но, ова се случи со двајца израелски инженери кои развија нов метод за производство на оптички леќи.
Системот е едноставен, евтин и прецизен и може да има огромно влијание врз една третина од светската популација.Исто така, може да го промени лицето на вселенското истражување.За да го дизајнираат, на истражувачите им треба само бела табла, маркер, гума за бришење и малку среќа.
Проф.Но, пред една и пол година, на Светскиот форум на лауреати во Шангај, Берковиќ случајно седна со Дејвид Зиберман, израелски економист.
Зилберман е добитник на наградата Волф, а сега на Универзитетот во Калифорнија, Беркли, зборуваше за своето истражување во земјите во развој.Берковичи го опиша својот експеримент со течност.Потоа Зиберман постави едноставно прашање: „Можете ли да го користите ова за да направите очила?
„Кога мислите на земјите во развој, обично мислите на маларија, војна, глад“, рече Берковиќ.„Но, Зиберман рече нешто што воопшто не го знам - на 2,5 милијарди луѓе во светот им требаат очила, но не можат да ги добијат.Ова е неверојатен број.”
Берцовичи се врати дома и откри дека извештајот на Светскиот економски форум ја потврдува оваа бројка.Иако чини само неколку долари за да се направат едноставни очила, евтините очила ниту се произведуваат ниту се продаваат во повеќето делови на светот.
Влијанието е огромно, почнувајќи од деца кои не можат да ја видат таблата на училиште до возрасни чиј вид се влошува толку многу што ја губат работата.Покрај тоа што му штети на квалитетот на животот на луѓето, трошоците за глобалната економија се проценуваат на дури 3 трилиони американски долари годишно.
По разговорот Берковиќ не можел да спие навечер.Кога пристигнал во Технион, разговарал за ова прашање со Фрумкин, кој во тоа време бил постдокторски истражувач во неговата лабораторија.
„Нацртавме слика на таблата и ја погледнавме“, се сеќава тој.„Ние инстинктивно знаеме дека не можеме да ја создадеме оваа форма со нашата технологија за контрола на течности и сакаме да откриеме зошто“.
Сферичната форма е основа на оптика бидејќи леќата е направена од нив.Теоретски, Берковичи и Фрумкин знаеле дека можат да направат тркалезна купола од полимер (течност што се зацврстила) за да направат леќа.Но, течностите можат да останат сферични само во мали количини.Кога ќе бидат поголеми, гравитацијата ќе ги смачка во барички.
„Значи, она што треба да направиме е да се ослободиме од гравитацијата“, објасни Берковичи.И токму тоа го направија тој и Фрумкин.Откако ја проучувал нивната табла, Фрумкин дошол до многу едноставна идеја, но не е јасно зошто никој претходно не размислувал за тоа - ако леќата се стави во течна комора, ефектот на гравитацијата може да се елиминира.Сè што треба да направите е да бидете сигурни дека течноста во комората (наречена пловна течност) има иста густина како полимерот од кој е направена леќата, а потоа полимерот ќе лебди.
Друга важна работа е да користите две течности што не се мешаат, што значи дека нема да се мешаат една со друга, како што се маслото и водата.„Повеќето полимери се повеќе како масла, така што нашата единствена пловна течност е вода“, рече Берковичи.
Но, бидејќи водата има помала густина од полимерите, нејзината густина мора малку да се зголеми за полимерот да лебди.За таа цел, истражувачите користеле и помалку егзотични материјали - сол, шеќер или глицерин.Берцовичи рече дека последната компонента на процесот е цврста рамка во која се вбризгува полимер за да може да се контролира неговата форма.
Кога полимерот ќе ја достигне својата конечна форма, тој се суши со помош на ултравиолетово зрачење и станува цврста леќа.За да ја направат рамката, истражувачите користеле едноставна канализациона цевка, исечена на прстен или петри, исечена од дното.„Секое дете може да ги направи дома, а јас и моите ќерки направивме дома“, рече Берчовичи.„Со текот на годините, направивме многу работи во лабораторија, од кои некои се многу комплицирани, но нема сомнеж дека ова е наједноставната и најлесната работа што сме ја направиле.Можеби најважното“.
Фрумкин го создаде својот прв истрел истиот ден кога размислуваше за решението.„Ми испрати фотографија на WhatsApp“, се сеќава Берковиќ.„Во ретроспектива, ова беше многу мала и грда леќа, но ние бевме многу среќни.Фрумкин продолжил да го проучува овој нов изум.„Равенката покажува дека штом ќе ја отстраните гравитацијата, не е важно дали рамката е еден сантиметар или еден километар;во зависност од количината на материјалот, секогаш ќе ја добивате истата форма“.
Двајцата истражувачи продолжиле да експериментираат со тајната состојка од втората генерација, кофата за џогер, и ја искористиле за да создадат леќа со дијаметар од 20 см, која е погодна за телескопи.Цената на леќата експоненцијално се зголемува со дијаметарот, но со овој нов метод, без разлика на големината, се што ви треба е евтин полимер, вода, сол (или глицерин) и калап за прстен.
Списокот на состојки означува огромна промена во традиционалните методи на производство на леќи кои останале речиси непроменети 300 години.Во почетната фаза на традиционалниот процес, стаклена или пластична плоча механички се меле.На пример, при производство на леќи за очила, околу 80% од материјалот се троши.Користејќи го методот дизајниран од Bercovici и Frumkin, наместо мелење цврсти материјали, течноста се вбризгува во рамката, така што леќите може да се произведуваат во процес без отпад.Овој метод исто така не бара полирање, бидејќи површинскиот напон на течноста може да обезбеди исклучително мазна површина.
Хаарец ја посети лабораторијата на Технион, каде докторантот Мор Елгариси го демонстрираше процесот.Тој инјектира полимер во прстен во мала комора за течност, го озрачи со УВ ламба и ми даде пар хируршки ракавици две минути подоцна.Многу внимателно ја натопив раката во водата и ја извадив леќата.„Тоа е тоа, обработката е завршена“, извика Берковиќ.
Леќите се апсолутно мазни на допир.Ова не е само субјективно чувство: Берковичи вели дека дури и без полирање, грубоста на површината на леќата направена со метод на полимер е помала од еден нанометар (една милијардити дел од метар).„Силите на природата сами создаваат извонредни квалитети и тие се слободни“, рече тој.Спротивно на тоа, оптичкото стакло е полирано до 100 нанометри, додека огледалата на водечкиот вселенски телескоп Џејмс Веб на НАСА се полирани до 20 нанометри.
Но, не сите веруваат дека овој елегантен метод ќе биде спасител на милијарди луѓе ширум светот.Проф.
„Тие не се достапни во индиските села“, посочи тој.Друго прашање покренато од основачот на SPO Precision Optics и потпретседател на R&D Нив Адут и главниот научник на компанијата д-р Дорон Стурлеси (и двајцата запознаени со работата на Берцовичи) е дека замената на процесот на мелење со пластични одлеаноци ќе го отежне прилагодувањето на леќите на потреби.Нејзините луѓе.
Берковиќ не паничеше.„Критиката е фундаментален дел од науката, а нашиот брз развој во текот на изминатата година во голема мера се должи на експертите кои нè туркаат до аголот“, рече тој.Во врска со изводливоста на производството во оддалечените области, тој додаде: „Инфраструктурата потребна за производство на очила користејќи традиционални методи е огромна;ви требаат фабрики, машини и техничари, а нам ни треба само минималната инфраструктура“.
Берцовичи ни покажа две ламби со ултравиолетово зрачење во неговата лабораторија: „Оваа е од Amazon и чини 4 долари, а другата е од AliExpress и чини 1,70 долари.Ако ги немате, секогаш можете да користите Sunshine“, објасни тој.Што е со полимерите?„Шише од 250 ml се продава за 16 долари на Амазон.Просечната леќа бара од 5 до 10 ml, така што ни цената на полимерот не е реален фактор“.
Тој нагласи дека неговиот метод не бара употреба на единствени калапи за секој број на леќи, како што тврдат критичарите.Едноставен калап е погоден за секој број на леќи, објасни тој: „Разликата е во количината на инјектираниот полимер, а за да се направи цилиндар за очилата, потребно е само малку да се истегне калапот“.
Берцовичи рече дека единствениот скап дел од процесот е автоматизација на инјектирање полимер, што мора да се направи токму според бројот на потребни леќи.
„Нашиот сон е да имаме влијание во земјата со најмалку ресурси“, рече Берцовичи.Иако во сиромашните села може да се носат евтини чаши - иако тоа не е завршено - неговиот план е многу поголем.„Исто како онаа позната поговорка, не сакам да им давам риба, сакам да ги научам да ловат риба.На овој начин луѓето ќе можат сами да направат очила“, рече тој.„Дали ќе успее?Само времето ќе го даде одговорот“.
Берковичи и Фрумкин го опишаа овој процес во една статија пред околу шест месеци во првото издание на Flow, списание за апликации за механика на течности објавено од Универзитетот во Кембриџ.Но, тимот нема намера да остане на едноставни оптички леќи.Друг труд објавен во списанието Optica пред неколку недели опиша нов метод за производство на сложени оптички компоненти во областа на оптиката во слободна форма.Овие оптички компоненти не се ниту конвексни ниту конкавни, туку се обликуваат во топографска површина, а светлината се зрачи на површината на различни области за да се постигне саканиот ефект.Овие компоненти може да се најдат во повеќефокални очила, пилотски кациги, напредни проекторски системи, системи за виртуелна и проширена реалност и други места.
Производството на компоненти во слободна форма со помош на одржливи методи е комплицирано и скапо бидејќи е тешко да се меле и полира нивната површина.Затоа, овие компоненти во моментов имаат ограничена употреба.„Имаше академски публикации за можните употреби на таквите површини, но тоа сè уште не се одрази во практична примена“, објасни Берцовичи.Во овој нов труд, лабораторискиот тим предводен од Елгариси покажа како да се контролира формата на површината што се создава кога се вбризгува полимерна течност со контролирање на формата на рамката.Рамката може да се креира со помош на 3D печатач.„Веќе не ги правиме работите со кофа за џогер, но сепак е многу едноставно“, рече Берцовичи.
Омер Лурија, истражувачки инженер во лабораторијата, истакна дека оваа нова технологија може брзо да произведе особено мазни леќи со уникатен терен.„Се надеваме дека може значително да ги намали трошоците и времето на производство на сложени оптички компоненти“, рече тој.
Професорот Ари е еден од уредниците на Оптика, но не учествувал во прегледот на статијата.„Ова е многу добра работа“, рече Али за истражувањето.„Со цел да се произведат асферични оптички површини, сегашните методи користат калапи или 3Д печатење, но и двата методи се тешки за да се создадат доволно мазни и големи површини во разумна временска рамка“.Ари верува дека новиот метод ќе помогне да се создаде слобода Прототип на формални компоненти.„За индустриско производство на голем број делови, најдобро е да се подготват калапи, но за брзо тестирање на нови идеи, ова е интересен и елегантен метод“, рече тој.
SPO е една од водечките израелски компании во областа на површини со слободна форма.Според Адут и Стурлеси, новиот метод има предности и недостатоци.Тие велат дека употребата на пластика ги ограничува можностите бидејќи не е издржлива на екстремни температури и нивната способност да постигнат доволен квалитет низ целиот опсег на бои е ограничена.Што се однесува до предностите, тие истакнаа дека технологијата има потенцијал значително да ги намали трошоците за производство на сложените пластични леќи, кои се користат во сите мобилни телефони.
Адут и Стурлеси додадоа дека со традиционалните методи на производство, дијаметарот на пластичните леќи е ограничен бидејќи колку се поголеми, толку стануваат понепрецизни.Тие рекоа дека, според методот на Берковичи, производството на леќи во течност може да спречи изобличување, што може да создаде многу моќни оптички компоненти - без разлика дали се однесуваат на сферични леќи или леќи со слободна форма.
Најнеочекуваниот проект на тимот на Technion беше изборот да произведе голем објектив.Еве, се започна со случаен разговор и наивно прашање.„Се работи за луѓето“, рече Берковиќ.Кога го прашал Берковиќ, тој му кажувал на д-р Едвард Барабан, истражувач на НАСА, дека го знае неговиот проект на Универзитетот Стенфорд, а го знаел и на Универзитетот Стенфорд: „Мислиш дека можеш Дали правиш таква леќа за вселенски телескоп ?“
„Звучеше како луда идеја“, се сеќава Берковиќ, „но ми беше длабоко втисната во умот“.Откако лабораторискиот тест беше успешно завршен, израелските истражувачи сфатија дека методот може да се користи во Работи на ист начин во вселената.На крајот на краиштата, таму можете да постигнете услови на микрогравитација без потреба од пловни течности.„Го повикав Едвард и му реков, функционира!
Вселенските телескопи имаат големи предности во однос на копнените телескопи бидејќи не се засегнати од атмосферско или светлосно загадување.Најголемиот проблем со развојот на вселенските телескопи е што нивната големина е ограничена од големината на фрлачот.На Земјата, телескопите во моментов имаат дијаметар до 40 метри.Вселенскиот телескоп Хабл има огледало со дијаметар од 2,4 метри, додека телескопот Џејмс Веб има огледало со дијаметар од 6,5 метри - на научниците им требаа 25 години за да го постигнат ова достигнување, кое чини 9 милијарди американски долари, делумно затоа што системот треба да биде развиен кој може да го лансира телескопот во преклопена положба и потоа автоматски да го отвори во вселената.
Од друга страна, Liquid е веќе во „преклопена“ состојба.На пример, можете да го наполните предавателот со течен метал, да додадете механизам за вбризгување и експанзионен прстен, а потоа да направите огледало во просторот.„Ова е илузија“, призна Берковиќ.„Мајка ми ме праша: „Кога ќе бидеш подготвен?И реков: „Можеби за околу 20 години.Таа рече дека нема време да чека“.
Ако овој сон се оствари, може да ја промени иднината на вселенското истражување.Денеска Берковиќ истакна дека луѓето немаат способност директно да набљудуваат егзопланети-планети надвор од Сончевиот систем, бидејќи за тоа е потребен телескоп на Земјата 10 пати поголем од постоечките телескопи - што е сосема невозможно со постоечката технологија.
Од друга страна, Берцовичи додаде дека Falcon Heavy, моментално најголемиот вселенски фрлач SpaceX, може да носи 20 кубни метри течност.Тој објасни дека во теорија, Falcon Heavy може да се користи за лансирање течност до орбитална точка, каде што течноста може да се користи за да се направи огледало со дијаметар од 75 метри - површината и собраната светлина ќе бидат 100 пати поголеми од второто .Телескопот Џејмс Веб.
Ова е сон, и ќе треба долго време да се реализира.Но, НАСА го сфаќа сериозно.Заедно со тим од инженери и научници од Истражувачкиот центар Ејмс на НАСА, предводен од Балабан, технологијата се испробува за прв пат.
Кон крајот на декември, системот развиен од лабораторискиот тим Берковичи ќе биде испратен до Меѓународната вселенска станица, каде што ќе се спроведат серија експерименти за да им се овозможи на астронаутите да произведуваат и лекуваат леќи во вселената.Пред тоа, овој викенд на Флорида ќе се спроведат експерименти за да се тестира изводливоста за производство на висококвалитетни леќи под микрогравитација без потреба од никаква пловна течност.
Експериментот со телескопски телескоп (FLUTE) беше спроведен на авион со намалена гравитација - сите седишта на овој авион беа отстранети за обука на астронаути и снимање сцени со нулта гравитација во филмови.Со маневрирање во форма на антипарабола што се искачува, а потоа слободно паѓа, во авионот за краток временски период се создаваат услови за микрогравитација.„Од добра причина се нарекува „комета на повраќање“, рече Берковиќ со насмевка.Слободниот пад трае околу 20 секунди, во кои гравитацијата на леталото е блиску до нула.Во овој период, истражувачите ќе се обидат да направат течна леќа и ќе направат мерења за да докажат дека квалитетот на леќата е доволно добар, потоа авионот станува исправен, гравитацијата е целосно обновена, а леќата станува локва.
Експериментот е закажан за два лета во четврток и петок, секој со 30 параболи.Берцовичи и повеќето членови на лабораторискиот тим, вклучувајќи ги Елгариси и Лурија, и Фрумкин од Технолошкиот институт во Масачусетс ќе бидат присутни.
При мојата посета на лабораторијата Технион, возбудата беше огромна.На подот има 60 картонски кутии, кои содржат 60 мали комплети за експерименти кои сами се изработуваат.Лурија ги прави последните и во последен момент подобрувања на компјутеризираниот експериментален систем што го разви за мерење на перформансите на леќите.
Во исто време, тимот спроведува вежби за тајминг пред критичните моменти.Еден тим стоеше таму со стоперката, а другите имаа 20 секунди да упатат удар.На самиот авион условите ќе бидат уште полоши, особено по неколку слободни падови и кревања нагоре под зголемена гравитација.
Не е само тимот на Технион кој е возбуден.Барабан, водечкиот истражувач на Експериментот за флејта на НАСА, изјави за Хаарец: „Методот на обликување на течност може да резултира со моќни вселенски телескопи со отвори од десетици или дури стотици метри.На пример, таквите телескопи можат директно да ја набљудуваат околината на другите ѕвезди.Планета, ја олеснува анализата со висока резолуција на нејзината атмосфера, па дури и може да идентификува површински карактеристики од големи размери.Овој метод, исто така, може да доведе до други вселенски апликации, како што се висококвалитетни оптички компоненти за собирање и пренос на енергија, научни инструменти и медицинска опрема Производство на вселенски простор, што игра важна улога во новата вселенска економија“.
Непосредно пред да се качи во авионот и да се впушти во авантурата на својот живот, Берковиќ изненадено застана за момент.„Постојано се прашувам зошто никој претходно не помислил на ова“, рече тој.„Секогаш кога одам на конференција, се плашам дека некој ќе стане и ќе каже дека некои руски истражувачи го направиле тоа пред 60 години.На крајот на краиштата, тоа е толку едноставен метод“.
Време на објавување: 21-12-2021 година