Профессор Моран Берковичи мен доктор Валери Фрумкин оптикалық линзаларды өндірудің арзан технологиясын жасады, сонымен қатар көзілдірік жоқ көптеген дамушы елдер үшін көзілдірік шығаруға болады.Енді NASA оны ғарыштық телескоптар жасау үшін пайдалануға болатынын айтады
Ғылым әдетте шағын қадамдармен дамиды.Әрбір жаңа тәжірибеге шағын ақпарат қосылады.Ғалымның миында пайда болған қарапайым ойдың ешбір технологияны қолданбай үлкен серпіліске әкелетіні сирек.Бірақ бұл оптикалық линзаларды жасаудың жаңа әдісін жасаған екі израильдік инженермен болған оқиға.
Жүйе қарапайым, арзан және дәл және әлем халқының үштен біріне үлкен әсер етуі мүмкін.Бұл ғарыштық зерттеулердің келбетін де өзгертуі мүмкін.Оны құрастыру үшін зерттеушілерге тек ақ тақта, маркер, өшіргіш және кішкене сәттілік керек.
Хайфадағы Техниондық-Израиль технологиялық институтының машина жасау бөлімінен профессор Моран Берковичи мен доктор Валери Фрумкин оптика емес, сұйықтық механикасы бойынша маманданған.Бірақ бір жарым жыл бұрын Шанхайда өткен Дүниежүзілік лауреаттар форумында Беркович израильдік экономист Дэвид Зиберманмен кездейсоқ бірге отырды.
Зилберман - Қасқыр сыйлығының иегері, қазір Калифорния университетінде, Берклиде ол дамушы елдердегі зерттеулері туралы айтты.Берковичи өзінің сұйықтық тәжірибесін сипаттады.Содан кейін Зиберман қарапайым сұрақ қойды: «Сіз мұны көзілдірік жасау үшін пайдалана аласыз ба?»
«Сіз дамушы елдер туралы ойлағанда, әдетте безгек, соғыс, аштық туралы ойлайсыз», - деді Беркович.«Бірақ Зиберман дүниедегі 2,5 миллиард адамға көзілдірік керек, бірақ оны ала алмайды, мен білмейтін нәрсені айтты.Бұл таңғажайып сан ».
Берковичи үйіне оралды және Дүниежүзілік экономикалық форумның есебі бұл санды растайтынын білді.Қарапайым көзілдірікті жасау бірнеше долларды құраса да, арзан көзілдірік әлемнің көп бөлігінде өндірілмейді де, сатылмайды.
Мектепте тақтаны көре алмайтын балалардан бастап, көру қабілеті соншалықты нашарлап, жұмысынан айырылатын ересектерге дейін әсер етеді.Адамдардың өмір сүру сапасына нұқсан келтірумен қатар, жаһандық экономиканың құны жылына 3 триллион АҚШ долларына дейін жетеді.
Әңгімеден кейін Беркович түнімен ұйықтай алмады.Ол Технионға келгенде, ол осы мәселені сол кезде өз зертханасында постдокторлық зерттеуші болған Фрумкинмен талқылады.
«Біз тақтаға сурет салып, оны қарадық», - деп есіне алды ол.«Біз инстинктивті түрде сұйықтықты басқару технологиясымен бұл пішінді жасай алмайтынымызды білеміз және себебін білгіміз келеді».
Сфералық пішін оптиканың негізі болып табылады, өйткені линза олардан жасалған.Теориялық тұрғыдан Берковичи мен Фрумкин линза жасау үшін полимерден (қатайған сұйықтық) дөңгелек күмбез жасай алатынын білген.Бірақ сұйықтықтар тек шағын көлемде ғана шар тәрізді болып қала алады.Олар үлкенірек болған кезде, ауырлық күші оларды шалшықтарға айналдырады.
«Олай болса, біз гравитациядан арылуымыз керек», - деп түсіндірді Берковичи.Міне, ол және Фрумкин дәл осылай жасады.Олардың тақтасын зерттегеннен кейін Фрумкин өте қарапайым идеяны ойлап тапты, бірақ бұл туралы неліктен бұрын ешкім ойламағаны түсініксіз - егер линза сұйық камераға қойылса, ауырлық күшін жоюға болады.Бар болғаны камерадағы сұйықтықтың (қалқымалы сұйықтық деп аталады) линза жасалған полимермен бірдей тығыздыққа ие екеніне көз жеткізу керек, содан кейін полимер қалқып кетеді.
Тағы бір маңызды нәрсе - бір-бірімен араласпайтын екі сұйықтықты пайдалану, яғни олар май мен су сияқты бір-бірімен араласпайды.«Полимерлер көбіне майға ұқсайды, сондықтан біздің жалғыз» қалқымалы сұйықтық - су», - деді Берковичи.
Бірақ судың тығыздығы полимерлерге қарағанда төмен болғандықтан, полимер қалқып кетуі үшін оның тығыздығын біршама арттыру керек.Осы мақсатта зерттеушілер сонымен қатар аз экзотикалық материалдарды - тұзды, қантты немесе глицеринді пайдаланды.Берковичи процестің соңғы құрамдас бөлігі оның пішінін бақылауға болатындай полимер енгізілетін қатты жақтау екенін айтты.
Полимер өзінің соңғы түріне жеткенде, ол ультракүлгін сәулелену арқылы емделеді және қатты линзаға айналады.Рамканы жасау үшін зерттеушілер сақинаға кесілген қарапайым канализация құбырын немесе түбінен кесілген Петри табақшасын пайдаланды.«Кез келген бала оларды үйде жасай алады, ал менің қыздарым және мен үйде дайындадық», - деді Берковичи.«Осы жылдар ішінде біз зертханада көптеген нәрселерді жасадық, олардың кейбіреулері өте күрделі, бірақ бұл біз жасаған ең қарапайым және оңай іс екеніне күмән жоқ.Мүмкін ең маңыздысы».
Фрумкин өзінің алғашқы кадрын шешімді ойлаған күні жасады.«Ол маған WhatsApp-та фотосурет жіберді», - деп еске алды Беркович.«Өткенге қарағанда, бұл өте кішкентай және жағымсыз линза болды, бірақ біз өте бақытты болдық».Фрумкин осы жаңа өнертабысты зерттеуді жалғастырды.«Теңдеу гравитацияны алып тастағаннан кейін кадрдың бір сантиметр немесе бір шақырым болуы маңызды емес екенін көрсетеді;материалдың мөлшеріне байланысты сіз әрқашан бірдей пішінді аласыз ».
Екі зерттеуші екінші ұрпақтың құпия ингредиентімен - швабра шелегімен тәжірибе жасауды жалғастырды және оны телескоптарға жарамды диаметрі 20 см линза жасау үшін пайдаланды.Линзаның құны диаметрі бойынша экспоненциалды түрде артады, бірақ бұл жаңа әдіспен өлшеміне қарамастан сізге арзан полимер, су, тұз (немесе глицерин) және сақиналы қалып қажет.
Ингредиенттер тізімі 300 жыл бойы дерлік өзгеріссіз қалған дәстүрлі линзаларды өндіру әдістеріндегі үлкен өзгерісті білдіреді.Дәстүрлі процестің бастапқы кезеңінде шыны немесе пластик пластина механикалық түрде ұнтақталған.Мысалы, көзілдірік линзаларын жасау кезінде материалдың шамамен 80% босқа кетеді.Берковичи мен Фрумкин әзірлеген әдісті қолдана отырып, қатты материалдарды ұнтақтау орнына сұйықтық рамаға енгізіледі, осылайша линза толығымен қалдықсыз процесте жасалуы мүмкін.Бұл әдіс сонымен қатар жылтыратуды қажет етпейді, өйткені сұйықтықтың беттік керілуі өте тегіс бетті қамтамасыз ете алады.
Haaretz Technion зертханасында болды, онда докторант Мор Эльгариси процесті көрсетті.Ол кішкентай сұйық камерадағы сақинаға полимерді енгізіп, оны ультракүлгін шаммен сәулелендіріп, екі минуттан кейін маған бір жұп хирургиялық қолғап берді.Мен өте абайлап қолымды суға салып, линзаны суырып алдым.«Болды, өңдеу аяқталды», - деп айқайлады Беркович.
Линзалар жанасу үшін мүлдем тегіс.Бұл жай ғана субъективті сезім емес: Берковичи тіпті жылтыратусыз полимер әдісімен жасалған линзаның бетінің кедір-бұдырлығы бір нанометрден (метрдің миллиардтан бір бөлігі) аз екенін айтады.«Табиғат күштері ерекше қасиеттерді өздігінен жасайды және олар еркін», - деді ол.Керісінше, оптикалық әйнек 100 нанометрге дейін жылтыратылған, ал NASA флагманы Джеймс Уэбб ғарыштық телескопының айналары 20 нанометрге дейін жылтыратылған.
Бірақ бұл талғампаз әдіс бүкіл әлем бойынша миллиардтаған адамдардың құтқарушысы болатынына бәрі бірдей сене бермейді.Тель-Авив университетінің электротехника мектебінің профессоры Ади Ари Берковичи мен Фрумкиннің әдісі сұйық полимер енгізілетін дөңгелек пішінді, полимердің өзін және ультракүлгін шамды қажет ететінін атап өтті.
«Бұлар үнді ауылдарында жоқ», - деді ол.SPO Precision Optics негізін қалаушы және R&D компаниясының вице-президенті Niv Adut және компанияның бас ғалымы доктор Дорон Стурлеси (екеуі де Берковичи жұмысымен таныс) көтерген тағы бір мәселе, ұнтақтау процесін пластикалық құймалармен ауыстыру линзаны пластикалық құюға бейімдеуді қиындатады. қажеттіліктер.Оның халқы.
Беркович үрейленбеді.«Сын - бұл ғылымның іргелі бөлігі және біздің өткен жылдағы қарқынды дамуымыз көбінесе мамандардың бізді бұрышқа итермелеуімен байланысты», - деді ол.Шалғай аудандарда өндірістің орындылығына қатысты ол былай деп қосты: «Дәстүрлі әдістермен көзілдірік өндіруге қажетті инфрақұрылым өте үлкен;Сізге зауыттар, машиналар мен техниктер керек, ал бізге ең төменгі инфрақұрылым ғана қажет».
Берковичи бізге зертханасында екі ультракүлгін сәулелену шамын көрсетті: «Бұл Amazon-дан және 4 доллар тұрады, ал екіншісі AliExpress-тен және 1,70 доллар тұрады.Егер сізде олар жоқ болса, сіз әрқашан Күн сәулесін пайдалана аласыз», - деп түсіндірді ол.Полимерлер туралы не деуге болады?«250 мл бөтелке Amazon-да 16 долларға сатылады.Орташа линзаға 5-10 мл қажет, сондықтан полимердің құны да нақты фактор емес».
Ол сыншылар мәлімдегендей, оның әдісі линзаның әрбір нөмірі үшін бірегей қалыптарды пайдалануды қажет етпейтінін атап өтті.Қарапайым пішін линзаның әрбір нөміріне сәйкес келеді, деп түсіндірді ол: «Айырмашылық - айдалатын полимердің мөлшерінде, ал көзілдіріктерге цилиндр жасау үшін қалыпты аздап созу жеткілікті».
Берковичи процестің жалғыз қымбат бөлігі полимерді бүркуді автоматтандыру екенін айтты, ол қажетті линзалар санына сәйкес дәл орындалуы керек.
«Біздің арманымыз - ең аз ресурстармен елде әсер ету», - деді Берковичи.Кедей ауылдарға арзан көзілдірік әкелуге болады, бірақ бұл аяқталмағанымен, оның жоспары әлдеқайда үлкен.«Сол атақты мақал сияқты мен оларға балық бергім келмейді, балық аулауды үйреткім келеді.Осылайша адамдар көзілдірікті өз бетімен жасайтын болады», - деді ол.«Бұл сәтті бола ма?Жауабын тек уақыт береді».
Берковичи мен Фрумкин бұл процесті шамамен алты ай бұрын Кембридж университеті шығарған сұйықтық механикасы қолданбалары журналының Flow бірінші басылымындағы мақаласында сипаттады.Бірақ команда қарапайым оптикалық линзаларда қалуды көздемейді.Бірнеше апта бұрын Optica журналында жарияланған тағы бір мақала еркін пішінді оптика саласындағы күрделі оптикалық компоненттерді өндірудің жаңа әдісін сипаттады.Бұл оптикалық құрамдас бөліктер дөңес те емес, ойыс та емес, топографиялық бетке құйылған және қажетті әсерге жету үшін әртүрлі аймақтардың бетіне жарық сәулеленеді.Бұл компоненттерді мультифокалды көзілдіріктерде, пилоттық шлемдерде, жетілдірілген проекторлық жүйелерде, виртуалды және толықтырылған шындық жүйелерінде және басқа жерлерден табуға болады.
Тұрақты әдістерді пайдалана отырып, еркін пішінді компоненттерді өндіру күрделі және қымбат, өйткені олардың бетінің ауданын ұнтақтау және жылтырату қиын.Сондықтан бұл құрамдастардың қазіргі уақытта шектеулі қолданылуы бар.«Мұндай беттерді қолдану мүмкіндігі туралы академиялық жарияланымдар болды, бірақ бұл практикалық қолданбаларда әлі көрсетілмеген», - деп түсіндірді Берковичи.Бұл жаңа мақалада Эльгариси басқаратын зертханалық топ раманың пішінін бақылау арқылы полимерлі сұйықтықты айдаған кезде пайда болатын бет пішінін қалай басқару керектігін көрсетті.Жақтауды 3D принтер арқылы жасауға болады.«Біз енді сыпырғыш шелекпен ештеңе жасамаймыз, бірақ бәрібір өте қарапайым», - деді Берковичи.
Зертхананың ғылыми-зерттеу инженері Омер Лурия бұл жаңа технология бірегей рельефі бар ерекше тегіс линзаларды жылдам шығара алатынын атап өтті.«Біз бұл күрделі оптикалық компоненттердің құнын және өндіріс уақытын айтарлықтай қысқартады деп үміттенеміз», - деді ол.
Профессор Ари Optica редакторларының бірі болып табылады, бірақ мақаланы қарауға қатысқан жоқ.«Бұл өте жақсы жұмыс», - деді Али зерттеу туралы.«Асфералық оптикалық беттерді шығару үшін қазіргі әдістер қалыптарды немесе 3D басып шығаруды пайдаланады, бірақ екі әдіс те ақылға қонымды уақыт шеңберінде жеткілікті тегіс және үлкен беттерді жасау қиын».Ари жаңа әдіс формальды құрамдастардың еркіндік прототипін жасауға көмектеседі деп санайды.«Көптеген бөлшектерді өнеркәсіптік өндіру үшін қалыптарды дайындаған дұрыс, бірақ жаңа идеяларды тез сынау үшін бұл қызықты және талғампаз әдіс», - деді ол.
SPO - еркін пішінді беттер саласындағы Израильдің жетекші компанияларының бірі.Адут пен Штурлесидің айтуынша, жаңа әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері бар.Олар пластмассаларды пайдалану мүмкіндіктерді шектейді, өйткені олар экстремалды температураға төзімді емес және олардың бүкіл түс диапазонында жеткілікті сапаға қол жеткізу мүмкіндігі шектеулі.Артықшылықтарға келетін болсақ, олар технологияның барлық ұялы телефондарда қолданылатын күрделі пластикалық линзаларды өндіру құнын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндігі бар екенін атап өтті.
Адут пен Стурлеси дәстүрлі өндіріс әдістерімен пластикалық линзалардың диаметрі шектеулі екенін қосты, өйткені олар неғұрлым үлкен болса, соғұрлым олар дәлірек болады.Олар Берковичи әдісі бойынша линзаларды сұйықтықта жасау бұрмаланудың алдын алады, бұл өте күшті оптикалық компоненттерді жасай алады - сфералық линзалар немесе еркін пішінді линзалар саласында.
Technion командасының ең күтпеген жобасы үлкен объектив шығаруды таңдау болды.Міне, бәрі кездейсоқ әңгімеден, аңғал сұрақтан басталды.«Бәрі адамдарға қатысты», - деді Беркович.Ол Берковичтен сұрағанда, ол NASA зерттеушісі доктор Эдвард Барабанға оның жобасын Стэнфорд университетінде білетінін және оны Стэнфорд университетінде білетінін айтты: «Сіз ғарыштық телескоп үшін осындай линза жасай аласыз деп ойлайсыз. ?»
«Бұл ақылсыз идея сияқты көрінді, - деп есіне алды Беркович, - бірақ ол менің санамда терең із қалдырды».Зертханалық сынақ сәтті аяқталғаннан кейін израильдік зерттеушілер бұл әдісті ғарышта бірдей жұмыс істеуде қолдануға болатынын түсінді.Өйткені, ол жерде қалқымалы сұйықтықтарды қажет етпей-ақ микрогравитациялық жағдайға қол жеткізуге болады.«Мен Эдвардқа қоңырау шалдым, мен оған айттым, ол жұмыс істейді!»
Ғарыштық телескоптардың жердегі телескоптарға қарағанда үлкен артықшылықтары бар, өйткені олар атмосфералық немесе жарықтың ластануынан зардап шекпейді.Ғарыштық телескоптардың дамуының ең үлкен проблемасы - олардың көлемі ұшырғыштың өлшемімен шектеледі.Қазіргі уақытта Жерде телескоптардың диаметрі 40 метрге дейін жетеді.Хаббл ғарыштық телескопында диаметрі 2,4 метрлік айна болса, Джеймс Уэбб телескопында 6,5 метрлік айна бар — бұл жетістікке жету үшін ғалымдарға 25 жыл қажет болды, оның құны 9 миллиард АҚШ доллары болды. телескопты бүктелген күйде ұшырып, кейін автоматты түрде ғарышта аша алатын әзірленген.
Екінші жағынан, сұйықтық қазірдің өзінде «бүктелген» күйде.Мысалы, таратқышты сұйық металмен толтырып, бүрку механизмін және кеңейту сақинасын қосып, содан кейін кеңістікте айна жасай аласыз.«Бұл иллюзия», - деп мойындады Беркович.«Анам менен:«Қашан дайын боласың?Мен оған: «Мүмкін 20 жылдан кейін.Ол күтуге уақыты жоқ екенін айтты ».
Бұл арман орындалса, ғарыштық зерттеулердің болашағын өзгертуі мүмкін.Бүгінгі күні Беркович адамдардың күн жүйесінен тыс экзопланета-планеталарды тікелей бақылау мүмкіндігі жоқ екенін, өйткені ол үшін қолданыстағы телескоптардан 10 есе үлкен Жер телескопы қажет екенін, бұл бар технологиямен мүлдем мүмкін емес екенін атап өтті.
Екінші жағынан, Берковичи қазіргі уақытта SpaceX-тің ең үлкен ғарыштық ұшырғышы болып табылатын Falcon Heavy 20 текше метр сұйықтықты тасымалдай алатынын қосты.Ол теорияда Falcon Heavy сұйықты орбиталық нүктеге шығару үшін пайдаланылуы мүмкін екенін түсіндірді, онда сұйықтық диаметрі 75 метрлік айна жасауға болады — бетінің ауданы мен жиналған жарық соңғысынан 100 есе үлкен болады. .Джеймс Уэбб телескопы.
Бұл арман, оны жүзеге асыру үшін көп уақыт қажет.Бірақ NASA мұны байыппен қабылдайды.Балабан басқаратын NASA-ның Ames зерттеу орталығының инженерлері мен ғалымдары тобымен бірге технология алғаш рет сыналып жатыр.
Желтоқсан айының соңында Bercovici зертханалық тобы әзірлеген жүйе Халықаралық ғарыш станциясына жіберіледі, онда ғарышкерлерге ғарышта линзаларды өндіруге және емдеуге мүмкіндік беретін бірқатар эксперименттер жүргізіледі.Осы демалыс күндері Флоридада эксперименттер микрогравитация жағдайында ешқандай қалқымалы сұйықтықты қажет етпейтін жоғары сапалы линзаларды шығару мүмкіндігін тексеру үшін өткізіледі.
Сұйықтық телескоп эксперименті (FLUTE) ауырлығы төмендетілген ұшақта жүргізілді - бұл ұшақтың барлық орындары астронавттарды оқыту және фильмдердегі нөлдік гравитация көріністерін түсіру үшін алынып тасталды.Параболаға қарсы көтерілу, содан кейін еркін түсу түрінде маневр жасау арқылы ұшақта қысқа уақыт ішінде микрогравитациялық жағдайлар жасалады.«Оны жақсы себеппен «құсты комета» деп атайды», - деді Беркович жымиып.Еркін құлау шамамен 20 секундқа созылады, онда ұшақтың ауырлық күші нөлге жақын.Осы кезеңде зерттеушілер сұйық линза жасауға тырысады және линзаның сапасы жеткілікті жақсы екенін дәлелдеу үшін өлшемдер жасайды, содан кейін жазықтық түзу болады, гравитация толығымен қалпына келеді және линза лужаға айналады.
Эксперимент бейсенбі және жұма күндері әрқайсысында 30 параболадан тұратын екі рейске жоспарланған.Берковичи және зертханалық топ мүшелерінің көпшілігі, соның ішінде Эльгариси мен Лурия және Массачусетс технологиялық институтынан Фрумкин қатысады.
Technion зертханасына барған кездегі толқу басым болды.Еденде 60 картон қорап бар, олардың ішінде эксперименттерге арналған 60 өздігінен жасалған шағын жинақтар бар.Лурия линзаның өнімділігін өлшеу үшін әзірлеген компьютерленген эксперименттік жүйеге соңғы және соңғы минуттық жақсартулар енгізуде.
Бұл ретте команда сыни сәттердің алдында хронометраждық жаттығулар жүргізуде.Бір команда сол жерде секундомермен тұрды, ал қалғандарына атуға 20 секунд қалды.Әуе кемесінің өзінде жағдай бұдан да нашар болады, әсіресе ауырлық күшінің жоғарылауы кезінде бірнеше еркін құлаудан және жоғары көтерілуден кейін.
Бұл тек Технион командасы ғана емес.Барабан, NASA флейта экспериментінің жетекші зерттеушісі Haaretz-ке: «Сұйықтықты пішіндеу әдісі ондаған, тіпті жүздеген метр саңылаулары бар қуатты ғарыштық телескоптарға әкелуі мүмкін.Мысалы, мұндай телескоптар басқа жұлдыздардың айналасын тікелей бақылай алады.Планета, оның атмосферасын жоғары ажыратымдылықпен талдауды жеңілдетеді және тіпті кең ауқымды бет ерекшеліктерін анықтай алады.Бұл әдіс басқа ғарыштық қолданбаларға, мысалы, энергияны жинауға және тасымалдауға арналған жоғары сапалы оптикалық компоненттер, ғылыми аспаптар және медициналық жабдықтар ғарыштық өндіріске әкелуі мүмкін, осылайша дамып келе жатқан ғарыш экономикасында маңызды рөл атқарады.
Ұшаққа мініп, өмірінің шытырман оқиғасына кірісер алдында Беркович таңғалып бір сәт кідіріп қалды.«Мен өзімнен неге бұрын бұл туралы ешкім ойлаған жоқ деп сұраймын», - деді ол.«Конференцияға барған сайын біреу тұрып, мұны 60 жыл бұрын кейбір ресейлік зерттеушілер жасады деп айта ма деп қорқамын.Өйткені, бұл өте қарапайым әдіс ».
Жіберу уақыты: 21 желтоқсан 2021 ж