Prof. Moran Bercovici i dr. Valeri Frumkin razvili su jeftinu tehnologiju za proizvodnju optičkih sočiva, a moguća je proizvodnja naočara za mnoge zemlje u razvoju u kojima naočare nisu dostupne.Sada, NASA kaže da se može koristiti za izradu svemirskih teleskopa
Nauka obično napreduje malim koracima.Svaki novi eksperiment dodaje se mala informacija.Rijetko je da jednostavna ideja koja se pojavi u mozgu naučnika dovede do velikog proboja bez upotrebe ikakve tehnologije.Ali to se dogodilo dvojici izraelskih inženjera koji su razvili novu metodu proizvodnje optičkih sočiva.
Sistem je jednostavan, jeftin i precizan i mogao bi imati ogroman uticaj na do jedne trećine svjetske populacije.To također može promijeniti lice istraživanja svemira.Da bi ga dizajnirali, istraživačima je potrebna samo bela tabla, marker, gumica i malo sreće.
Profesor Moran Bercovici i dr. Valeri Frumkin sa Odsjeka za mašinstvo Technion-Israel Institute of Technology u Haifi specijaliziraju se za mehaniku fluida, a ne za optiku.Ali prije godinu i po dana, na Svjetskom forumu laureata u Šangaju, Berković je slučajno sjedio sa Davidom Zibermanom, izraelskim ekonomistom.
Zilberman je dobitnik Vukove nagrade, a sada je na Kalifornijskom univerzitetu u Berkliju govorio o svojim istraživanjima u zemljama u razvoju.Bercovici je opisao svoj fluidni eksperiment.Zatim je Ziberman postavio jednostavno pitanje: "Možete li ovo koristiti za pravljenje naočala?"
“Kada razmišljate o zemljama u razvoju, obično mislite na malariju, rat, glad”, rekao je Berković.“Ali Ziberman je rekao nešto što ja uopće ne znam – 2,5 milijardi ljudi u svijetu trebaju naočare, ali ih ne mogu nabaviti.Ovo je nevjerovatan broj.”
Bercovići se vratio kući i otkrio da izvještaj Svjetskog ekonomskog foruma potvrđuje ovaj broj.Iako košta samo nekoliko dolara za izradu jednostavnog para naočala, jeftine naočale se ne proizvode niti prodaju u većini dijelova svijeta.
Uticaj je ogroman, u rasponu od djece koja ne vide tablu u školi do odraslih čiji se vid toliko pogoršava da gube posao.Osim što šteti kvalitetu života ljudi, procjenjuje se da su troškovi globalne ekonomije čak 3 biliona dolara godišnje.
Berković nakon razgovora noću nije mogao da spava.Kada je stigao u Technion, razgovarao je o ovom pitanju sa Frumkinom, koji je u to vrijeme bio postdoktorski istraživač u njegovoj laboratoriji.
„Nacrtali smo snimak na beloj tabli i pogledali ga“, prisjetio se.“Instinktivno znamo da ne možemo stvoriti ovaj oblik s našom tehnologijom kontrole tekućine i želimo saznati zašto.”
Sferni oblik je osnova optike jer je od njih napravljeno sočivo.U teoriji, Bercovici i Frumkin su znali da mogu napraviti okruglu kupolu od polimera (tečnosti koja se očvrsnula) kako bi napravili sočivo.Ali tečnosti mogu ostati sferične samo u malim količinama.Kada su veći, gravitacija će ih zgnječiti u lokve.
“Dakle, ono što moramo učiniti je da se riješimo gravitacije”, objasnio je Bercovići.I upravo su to on i Frumkin uradili.Nakon proučavanja njihove bele table, Frumkin je došao na vrlo jednostavnu ideju, ali nije jasno zašto se to nikome ranije nije palo na pamet - ako se sočivo stavi u komoru za tečnost, efekat gravitacije se može eliminisati.Sve što treba da uradite je da se uverite da tečnost u komori (koja se zove plutajuća tečnost) ima istu gustinu kao polimer od kojeg je sočivo napravljeno, i tada će polimer plutati.
Još jedna važna stvar je da koristite dvije tečnosti koje se ne miješaju, što znači da se neće miješati jedna s drugom, kao što su ulje i voda.“Većina polimera je više poput ulja, tako da je naša 'jedinstvena' plutajuća tečnost voda,” rekao je Bercovici.
Ali pošto voda ima manju gustoću od polimera, njena gustina se mora malo povećati da bi polimer plutao.U tu svrhu, istraživači su koristili i manje egzotične materijale - so, šećer ili glicerin.Bercovići je rekao da je završna komponenta procesa kruti okvir u koji se ubrizgava polimer kako bi se mogao kontrolirati njegov oblik.
Kada polimer dostigne svoj konačni oblik, očvršćava se ultraljubičastim zračenjem i postaje čvrsta leća.Da bi napravili okvir, istraživači su koristili jednostavnu kanalizacionu cijev, izrezanu u prsten, ili petrijevu posudu izrezanu s dna.“Svako dijete ih može napraviti kod kuće, a moje kćerke i ja smo ih napravile kod kuće”, rekao je Bercović.“Tokom godina smo uradili mnogo stvari u laboratoriji, od kojih su neke veoma komplikovane, ali nema sumnje da je ovo najjednostavnija i najlakša stvar koju smo uradili.Možda i najvažniji.”
Frumkin je napravio svoj prvi udarac istog dana kada je smislio rješenje.“Poslao mi je fotografiju na WhatsApp”, prisjetio se Berković.„U retrospektivi, ovo je bio veoma mali i ružan objektiv, ali bili smo veoma srećni.”Frumkin je nastavio proučavati ovaj novi izum.„Jednačina pokazuje da kada uklonite gravitaciju, nije važno da li je okvir jedan centimetar ili jedan kilometar;ovisno o količini materijala, uvijek ćete dobiti isti oblik.”
Dvojica istraživača nastavili su eksperimentirati s tajnim sastojkom druge generacije, kantom za brisanje, i iskoristili je za stvaranje sočiva promjera 20 cm koja je pogodna za teleskope.Cijena sočiva raste eksponencijalno s promjerom, ali s ovom novom metodom, bez obzira na veličinu, sve što vam treba je jeftin polimer, voda, sol (ili glicerin) i kalup za prsten.
Lista sastojaka označava ogroman pomak u tradicionalnim metodama proizvodnje sočiva koje su ostale gotovo nepromijenjene 300 godina.U početnoj fazi tradicionalnog procesa, staklena ili plastična ploča se mehanički melje.Na primjer, pri proizvodnji sočiva za naočale, oko 80% materijala se gubi.Metodom koju su osmislili Bercovici i Frumkin, umjesto mljevenja čvrstih materijala, tekućina se ubrizgava u okvir, tako da se sočivo može proizvesti u procesu potpuno bez otpada.Ova metoda također ne zahtijeva poliranje, jer površinski napon fluida može osigurati izuzetno glatku površinu.
Haaretz je posjetio Technionovu laboratoriju, gdje je doktorand Mor Elgarisi demonstrirao proces.Ubrizgao je polimer u prsten u maloj tečnoj komori, ozračio ga UV lampom i dva minuta kasnije mi dao par hirurških rukavica.Vrlo pažljivo sam umočio ruku u vodu i izvukao sočivo.“To je to, obrada je završena”, vikao je Berković.
Sočiva su apsolutno glatka na dodir.Ovo nije samo subjektivan osjećaj: Bercovici kaže da je čak i bez poliranja hrapavost površine sočiva napravljenog polimernom metodom manja od jednog nanometra (milijarditi dio metra).„Sile prirode same stvaraju izvanredne kvalitete i one su besplatne“, rekao je.Nasuprot tome, optičko staklo je polirano do 100 nanometara, dok su ogledala NASA-inog vodećeg svemirskog teleskopa James Webb polirana do 20 nanometara.
Ali ne vjeruju svi da će ova elegantna metoda biti spas za milijarde ljudi širom svijeta.Profesor Ady Arie sa Fakulteta elektrotehnike Univerziteta u Tel Avivu istakao je da Bercovici i Frumkinova metoda zahtijeva kružni kalup u koji se ubrizgava tečni polimer, sam polimer i ultraljubičastu lampu.
„Ovi nisu dostupni u indijanskim selima,“ istakao je.Još jedno pitanje koje su pokrenuli osnivač SPO Precision Optics i potpredsjednik R&D Niv Adut i glavni naučnik kompanije dr. Doron Sturlesi (obojica upoznati sa Bercovicijevim radom) je da će zamjena procesa mljevenja plastičnim odljevcima otežati prilagođavanje sočiva na potrebe.Njegovi ljudi.
Berković nije paničario.„Kritika je fundamentalni dio nauke, a naš brzi razvoj u protekloj godini uglavnom je rezultat toga što su nas stručnjaci gurnuli u ćošak“, rekao je.Što se tiče izvodljivosti proizvodnje u udaljenim područjima, dodao je: „Infrastruktura potrebna za proizvodnju naočala tradicionalnim metodama je ogromna;potrebne su vam fabrike, mašine i tehničari, a nama je potrebna samo minimalna infrastruktura.”
Bercovici nam je u svojoj laboratoriji pokazao dvije lampe ultraljubičastog zračenja: „Ova je iz Amazona i košta 4 dolara, a druga je sa AliExpressa i košta 1,70 dolara.Ako ih nemate, uvijek možete koristiti Sunshine”, objasnio je.Šta je sa polimerima?“Boca od 250 ml prodaje se za 16 dolara na Amazonu.Prosečno sočivo zahteva 5 do 10 ml, tako da ni cena polimera nije pravi faktor.”
On je naglasio da njegova metoda ne zahtijeva korištenje jedinstvenih kalupa za svaki broj sočiva, kako tvrde kritičari.Za svaki broj sočiva prikladan je jednostavan kalup, objasnio je: “Razlika je u količini ubrizganog polimera, a da bi se napravio cilindar za naočale, sve što je potrebno je da se kalup malo rastegne.”
Bercovići je rekao da je jedini skupi dio procesa automatizacija ubrizgavanja polimera, koja se mora uraditi tačno prema broju potrebnih sočiva.
“Naš san je da imamo uticaj u zemlji sa najmanje resursa”, rekao je Bercovići.Iako se jeftine čaše mogu donijeti u siromašna sela – iako to nije završeno – njegov plan je mnogo veći.„Baš kao ona poznata poslovica, neću da im dam ribu, želim da ih naučim kako da pecaju.Na ovaj način ljudi će moći sami da prave naočare”, rekao je on.“Hoće li uspjeti?Samo će vrijeme dati odgovor.”
Bercovici i Frumkin opisali su ovaj proces u članku prije otprilike šest mjeseci u prvom izdanju Flow, časopisa o primjenama mehanike fluida koji je objavio Univerzitet Cambridge.Ali tim ne namjerava ostati na jednostavnim optičkim sočivima.U drugom radu objavljenom u magazinu Optica prije nekoliko sedmica opisana je nova metoda proizvodnje složenih optičkih komponenti u području optike slobodnog oblika.Ove optičke komponente nisu ni konveksne ni konkavne, već su oblikovane u topografsku površinu, a svjetlost se zrači na površinu različitih područja kako bi se postigao željeni efekat.Ove komponente se mogu naći u multifokalnim naočalama, pilotskim kacigama, naprednim sistemima projektora, sistemima virtuelne i proširene stvarnosti i na drugim mjestima.
Proizvodnja komponenti slobodnog oblika korištenjem održivih metoda je komplicirana i skupa jer je teško brusiti i polirati njihovu površinu.Stoga ove komponente trenutno imaju ograničenu upotrebu.“Postoje akademske publikacije o mogućoj upotrebi takvih površina, ali to se još nije odrazilo na praktičnu primjenu”, objasnio je Bercovići.U ovom novom radu, laboratorijski tim predvođen Elgarisijem pokazao je kako kontrolisati formu površine koja nastaje kada se polimerna tečnost ubrizgava kontrolom oblika okvira.Okvir se može kreirati pomoću 3D štampača.„Više ne radimo stvari sa kantom za brisanje, ali je i dalje vrlo jednostavno“, rekao je Bercovići.
Omer Luria, inženjer istraživanja u laboratoriji, istakao je da ova nova tehnologija može brzo proizvesti posebno glatka sočiva sa jedinstvenim terenom."Nadamo se da može značajno smanjiti troškove i vrijeme proizvodnje složenih optičkih komponenti", rekao je.
Profesor Arie je jedan od urednika Optike, ali nije učestvovao u recenziji članka.„Ovo je veoma dobar posao“, rekao je Ali o istraživanju.“Da bi se proizvele asferične optičke površine, trenutne metode koriste kalupe ili 3D štampanje, ali obje metode su teško stvoriti dovoljno glatke i velike površine u razumnom vremenskom okviru.”Arie vjeruje da će nova metoda pomoći u stvaranju prototipa slobode formalnih komponenti.“Za industrijsku proizvodnju velikog broja dijelova najbolje je pripremiti kalupe, ali da bismo brzo testirali nove ideje, ovo je zanimljiva i elegantna metoda”, rekao je.
SPO je jedna od vodećih izraelskih kompanija u oblasti slobodnih površina.Prema Adutu i Sturlesiju, nova metoda ima prednosti i nedostatke.Kažu da upotreba plastike ograničava mogućnosti jer nisu izdržljive na ekstremnim temperaturama i ograničena je njihova sposobnost da postignu dovoljan kvalitet u cijelom rasponu boja.Što se tiče prednosti, istakli su da tehnologija ima potencijal da značajno smanji troškove proizvodnje složenih plastičnih sočiva, koja se koriste u svim mobilnim telefonima.
Adut i Sturlesi su dodali da je tradicionalnim metodama proizvodnje, promjer plastičnih sočiva ograničen jer što su veće, postaju manje precizne.Rekli su da, prema Bercovićevoj metodi, izrada sočiva u tekućini može spriječiti izobličenje, što može stvoriti vrlo moćne optičke komponente - bilo u polju sfernih sočiva ili sočiva slobodnog oblika.
Najneočekivaniji projekat Technion tima bio je odabir proizvodnje velikog objektiva.Evo, sve je počelo slučajnim razgovorom i naivnim pitanjem.“Sve se radi o ljudima”, rekao je Berković.Kada je pitao Berkovića, on je dr. Edwardu Barabanu, NASA-inom istraživaču, govorio da poznaje njegov projekat na Univerzitetu Stanford, a poznaje ga i na Univerzitetu Stanford: „Mislite da možete napraviti takvo sočivo za svemirski teleskop ?”
„Zvučalo je kao luda ideja“, prisjetio se Berković, „ali je bila duboko utisnuta u moj um“.Nakon što je laboratorijski test uspješno završen, izraelski istraživači su shvatili da se metoda može koristiti u svemiru.Na kraju krajeva, tamo možete postići uslove mikrogravitacije bez potrebe za plutajućim tečnostima.“Zvala sam Edwarda i rekla mu da radi!”
Svemirski teleskopi imaju velike prednosti u odnosu na zemaljske teleskope jer nisu pod utjecajem atmosferskog ili svjetlosnog zagađenja.Najveći problem razvoja svemirskih teleskopa je taj što je njihova veličina ograničena veličinom lansera.Na Zemlji teleskopi trenutno imaju prečnik do 40 metara.Svemirski teleskop Hubble ima ogledalo prečnika 2,4 metra, dok teleskop James Webb ima ogledalo prečnika 6,5 metara — naučnicima je trebalo 25 godina da postignu ovo dostignuće, što je koštalo 9 milijardi američkih dolara, delom zbog toga što sistem treba da bude razvijen da može pokrenuti teleskop u presavijenom položaju, a zatim ga automatski otvoriti u svemiru.
S druge strane, Liquid je već u "sklopljenom" stanju.Na primjer, možete napuniti predajnik tekućim metalom, dodati mehanizam za ubrizgavanje i ekspanzioni prsten, a zatim napraviti ogledalo u svemiru.„Ovo je iluzija“, priznao je Berković.“Majka me pitala: 'Kada ćeš biti spreman?Rekao sam joj: 'Možda za otprilike 20 godina.Rekla je da nema vremena da čeka.”
Ako se ovaj san ostvari, to bi moglo promijeniti budućnost istraživanja svemira.Berković je danas istakao da ljudi nemaju mogućnost da direktno posmatraju egzoplanete-planete izvan Sunčevog sistema, jer je za to potreban zemaljski teleskop 10 puta veći od postojećih teleskopa - što je potpuno nemoguće uz postojeću tehnologiju.
S druge strane, Bercovići je dodao da Falcon Heavy, trenutno najveći svemirski lanser SpaceX, može nositi 20 kubnih metara tečnosti.On je objasnio da bi se u teoriji Falcon Heavy mogao koristiti za lansiranje tečnosti u orbitalnu tačku, gde bi se tečnost mogla koristiti za pravljenje ogledala prečnika 75 metara - površina i sakupljena svetlost bi bili 100 puta veći od potonjeg. .James Webb teleskop.
Ovo je san i biće potrebno mnogo vremena da se ostvari.Ali NASA to shvata ozbiljno.Zajedno sa timom inženjera i naučnika iz NASA-inog istraživačkog centra Ames, na čelu sa Balabanom, tehnologija se isprobava po prvi put.
Krajem decembra, sistem koji je razvio laboratorijski tim Bercovici bit će poslan na Međunarodnu svemirsku stanicu, gdje će se provesti niz eksperimenata kako bi se astronautima omogućilo da proizvode i liječe sočiva u svemiru.Prije toga, eksperimenti će biti provedeni na Floridi ovog vikenda kako bi se testirala izvodljivost proizvodnje visokokvalitetnih leća pod mikrogravitacijom bez potrebe za bilo kakvom plutajućom tekućinom.
Eksperiment Fluid Telescope (FLUTE) izveden je na avionu sa smanjenom gravitacijom - sva sjedišta ovog aviona su uklonjena radi obuke astronauta i snimanja scena nulte gravitacije u filmovima.Manevrisanjem u vidu antiparabole-uzdizanja, a zatim slobodnog pada-u avionu se stvaraju mikrogravitacioni uslovi na kratko vreme.„S razlogom se zove 'povraćana kometa'”, rekao je Berković sa osmehom.Slobodni pad traje oko 20 sekundi, pri čemu je gravitacija aviona blizu nule.Tokom ovog perioda, istraživači će pokušati da naprave tečno sočivo i mere da dokažu da je kvalitet sočiva dovoljno dobar, tada ravan postaje ravna, gravitacija se potpuno vraća, a sočivo postaje lokva.
Eksperiment je predviđen za dva leta u četvrtak i petak, svaki sa po 30 parabola.Bercovici i većina članova laboratorijskog tima, uključujući Elgarisi i Luria, te Frumkin sa Massachusetts Institute of Technology bit će prisutni.
Tokom moje posjete Technion laboratoriji, uzbuđenje je bilo ogromno.Na podu je 60 kartonskih kutija u kojima se nalazi 60 malih kompleta za eksperimente koji su sami napravili.Luria pravi konačna i poslednja poboljšanja kompjuterizovanog eksperimentalnog sistema koji je razvio za merenje performansi sočiva.
U isto vrijeme, tim izvodi vježbe mjerenja vremena prije kritičnih trenutaka.Jedna ekipa je stajala tamo sa štopericom, a ostali su imali 20 sekundi da upucaju.Na samom avionu uslovi će biti još gori, posebno nakon nekoliko slobodnih padova i dizanja naviše pod povećanom gravitacijom.
Nije samo Technion tim uzbuđen.Baraban, vodeći istraživač NASA-inog Flute Experimenta, rekao je za Haaretz: “Metoda oblikovanja fluida može rezultirati snažnim svemirskim teleskopima s otvorima od desetina ili čak stotina metara.Na primjer, takvi teleskopi mogu direktno promatrati okolinu drugih zvijezda.Planeta, olakšava analizu visoke rezolucije njene atmosfere, a može čak i identifikovati velike površinske karakteristike.Ova metoda također može dovesti do drugih primjena u svemiru, kao što su visokokvalitetne optičke komponente za prikupljanje i prijenos energije, naučni instrumenti i medicinska oprema, proizvodnja svemira – igrajući tako važnu ulogu u nastajućoj svemirskoj ekonomiji.”
Neposredno prije nego što je ušao u avion i krenuo u avanturu svog života, Berković je zastao na trenutak iznenađen.„Stalno se pitam zašto se niko ranije nije setio ovoga“, rekao je.“Svaki put kada odem na konferenciju, bojim se da će neko ustati i reći da su neki ruski istraživači to radili prije 60 godina.Na kraju krajeva, to je tako jednostavna metoda.”
Vrijeme objave: 21.12.2021