Prof. Moran Bercovici kaj D-ro Valeri Frumkin evoluigis malmultekostan teknologion por fabrikado de optikaj lensoj, kaj eblas produkti okulvitrojn por multaj evolulandoj kie okulvitroj ne haveblas.Nun, NASA diras, ke ĝi povas esti uzata por fari kosmajn teleskopojn
Scienco kutime progresas per etaj paŝoj.Malgranda informo estas aldonita al ĉiu nova eksperimento.Estas malofte, ke simpla ideo, kiu aperas en la cerbo de sciencisto, kondukas al grava trarompo sen uzi ajnan teknologion.Sed jen kio okazis al du israelaj inĝenieroj, kiuj evoluigis novan metodon de fabrikado de optikaj lensoj.
La sistemo estas simpla, malmultekosta kaj preciza, kaj povus havi grandegan efikon al ĝis unu triono de la monda loĝantaro.Ĝi ankaŭ povas ŝanĝi la vizaĝon de spaca esplorado.Por desegni ĝin, la esploristoj bezonas nur blankan tabulon, markilon, skrapgumon kaj iom da sorto.
Profesoro Moran Bercovici kaj D-ro Valeri Frumkin de la Sekcio pri Mekanika Inĝenierado de la Technion-Israela Instituto de Teknologio en Ĥajfo specialiĝas pri fluida mekaniko, ne optiko.Sed antaŭ jaro kaj duono, en la Monda Premiita Forumo en Ŝanhajo, Berkovic hazarde sidis kun David Ziberman, israela ekonomikisto.
Zilberman estas gajninto de Wolf Prize, kaj nun en la Universitato de Kalifornio, Berkeley, li parolis pri sia esplorado en evolulandoj.Bercovici priskribis sian fluidan eksperimenton.Tiam Ziberman faris simplan demandon: "Ĉu vi povas uzi ĉi tion por fari okulvitrojn?"
"Kiam oni pensas pri evolulandoj, oni kutime pensas pri malario, milito, malsato," diris Berkovic."Sed Ziberman diris ion, kion mi tute ne scias - 2,5 miliardoj da homoj en la mondo bezonas okulvitrojn sed ne povas akiri ilin.Ĉi tio estas mirinda nombro."
Bercovici revenis hejmen kaj trovis, ke raporto de la Monda Ekonomia Forumo konfirmis tiun ĉi nombron.Kvankam ĝi kostas nur kelkajn dolarojn por fari simplan paron da okulvitroj, malmultekostaj okulvitroj estas nek fabrikitaj nek vendataj en la plej multaj partoj de la mondo.
La efiko estas grandega, de infanoj, kiuj ne povas vidi la nigran tabulon en la lernejo, ĝis plenkreskuloj, kies vido malboniĝas tiel, ke ili perdas sian laboron.Krom damaĝi la vivkvaliton de homoj, la kosto de la tutmonda ekonomio estas taksita kiel alta kiel 3 duilionoj USD jare.
Post la konversacio, Berkovic ne povis dormi nokte.Kiam li alvenis ĉe Technion, li diskutis tiun temon kun Frumkin, kiu estis postdoktoriĝa esploristo en sia laboratorio tiutempe.
"Ni desegnis pafon sur la blanktabulo kaj rigardis ĝin," li memoris."Ni scias instinkte, ke ni ne povas krei ĉi tiun formon per nia fluida kontrola teknologio, kaj ni volas ekscii kial."
La sfera formo estas la bazo de optiko ĉar la lenso estas farita el ili.En teorio, Bercovici kaj Frumkin sciis ke ili povis fari rondan kupolon el polimero (likvaĵo kiu solidiĝis) por fari lenson.Sed likvaĵoj povas resti nur sferaj en malgrandaj volumoj.Kiam ili estas pli grandaj, gravito premas ilin en flakojn.
"Do, kion ni devas fari estas forigi graviton," klarigis Bercovici.Kaj ĝuste tion li kaj Frumkin faris.Post studado de ilia blanktabulo, Frumkin elpensis tre simplan ideon, sed estas ne klare kial neniu pensis pri ĝi antaŭe - se la lenso estas metita en likva ĉambro, la efiko de gravito povas esti forigita.Ĉio, kion vi devas fari, estas certigi, ke la likvaĵo en la ĉambro (nomata la flosema likvaĵo) havas la saman densecon kiel la polimero el kiu la lenso estas farita, kaj tiam la polimero flosiĝos.
Alia grava afero estas uzi du nemikseblajn fluidojn, kio signifas, ke ili ne miksiĝos inter si, kiel oleo kaj akvo."La plej multaj polimeroj pli similas al oleoj, do nia "unuopa" flosema likvaĵo estas akvo," diris Bercovici.
Sed ĉar akvo havas pli malaltan densecon ol polimeroj, ĝia denseco devas esti iomete pliigita por ke la polimero flosu.Tiucele, la esploristoj ankaŭ uzis malpli ekzotikajn materialojn - salo, sukero aŭ glicerino.Bercovici diris, ke la fina komponanto de la procezo estas rigida kadro, en kiu polimero estas injektita tiel ke ĝia formo povas esti kontrolita.
Kiam la polimero atingas sian finan formon, ĝi estas resanigita per ultraviola radiado kaj iĝas solida lenso.Por fari la kadron, la esploristoj uzis simplan kloakan tubon, tranĉitan en ringon, aŭ Petri-pladon tranĉitan de la fundo."Ĉiu infano povas fari ilin hejme, kaj miaj filinoj kaj mi faris kelkajn hejme," diris Bercovici.“Dum la jaroj, ni faris multajn aferojn en la laboratorio, kelkaj el kiuj estas tre komplikaj, sed ne estas dubo, ke tio estas la plej simpla kaj facila afero, kiun ni faris.Eble la plej grava."
Frumkin kreis sian unuan pafon en la sama tago, kiam li pensis pri la solvo."Li sendis al mi foton per WhatsApp," memoris Berkovic."Retrospektive, ĉi tio estis tre malgranda kaj malbela lenso, sed ni estis tre feliĉaj."Frumkin daŭre studis tiun novan inventon.“La ekvacio montras, ke post kiam oni forigas graviton, ne gravas ĉu la kadro estas unu centimetro aŭ unu kilometro;depende de la kvanto da materialo, vi ĉiam ricevos la saman formon."
La du esploristoj daŭre eksperimentis kun la duageneracia sekreta ingredienco, la mopsitelo, kaj uzis ĝin por krei lenson kun diametro de 20 cm, kiu taŭgas por teleskopoj.La kosto de la lenso pliiĝas eksponente kun la diametro, sed kun ĉi tiu nova metodo, sendepende de grandeco, ĉio, kion vi bezonas, estas malmultekosta polimero, akvo, salo (aŭ glicerino), kaj ringa ŝimo.
La listo de ingrediencoj markas grandegan ŝanĝon en tradiciaj metodoj de fabrikado de lensoj, kiuj restis preskaŭ senŝanĝaj dum 300 jaroj.En la komenca etapo de la tradicia procezo, vitro aŭ plasta telero estas meĥanike muelita.Ekzemple, dum fabrikado de okulvitroj, ĉirkaŭ 80% de la materialo estas malŝparita.Uzante la metodon dizajnitan de Bercovici kaj Frumkin, anstataŭ mueli solidajn materialojn, likvaĵo estas injektita en la kadron, tiel ke la lenso povas esti fabrikita en tute senŝpara procezo.Ĉi tiu metodo ankaŭ ne postulas poluradon, ĉar la surfaca tensio de la likvaĵo povas certigi ekstreme glatan surfacon.
Haaretz vizitis la laboratorion de Technion, kie doktora studento Mor Elgarisi montris la procezon.Li injektis polimeron en ringon en malgranda likva kamero, surradiis ĝin per UV-lampo kaj donis al mi paron da kirurgiaj gantoj du minutojn poste.Mi tre zorge trempis mian manon en la akvon kaj eltiris la lenson."Jen ĝi, la prilaborado finiĝis," kriis Berkovic.
La lensoj estas absolute glataj al la tuŝo.Ĉi tio ne estas nur subjektiva sento: Bercovici diras, ke eĉ sen polurado, la surfaca malglateco de lenso farita per polimera metodo estas malpli ol unu nanometro (unu miliardono de metro)."La fortoj de la naturo kreas eksterordinarajn kvalitojn memstare, kaj ili estas liberaj," li diris.Kontraste, optika vitro estas polurita ĝis 100 nanometroj, dum la speguloj de la flagŝipo de NASA James Webb Space Telescope estas poluritaj ĝis 20 nanometroj.
Sed ne ĉiuj kredas, ke ĉi tiu eleganta metodo estos la savanto de miliardoj da homoj tra la mondo.Profesoro Ady Arie de la Lernejo pri Elektrotekniko de la Universitato de Tel-Avivo atentigis, ke la metodo de Bercovici kaj Frumkin postulas cirklan ŝimon, en kiun oni injektas likvan polimeron, la polimeron mem kaj transviola lampo.
"Ĉi tiuj ne haveblas en hindaj vilaĝoj," li atentigis.Alia temo levita de SPO Precision Optics fondinto kaj vicprezidanto de R&D Niv Adut kaj la ĉefsciencisto de la firmao D-ro Doron Sturlesi (ambaŭ konataj kun la laboro de Bercovici) estas ke anstataŭigi la muelan procezon per plastaj fandadoj malfaciligos adapti la lenson al la bezonoj.Ĝiaj homoj.
Berkovic ne panikiĝis."Kritiko estas fundamenta parto de scienco, kaj nia rapida evoluo dum la pasinta jaro estas plejparte pro spertuloj, kiuj puŝas nin al la angulo," li diris.Koncerne la fareblecon de fabrikado en foraj lokoj, li aldonis: “La infrastrukturo necesa por produkti okulvitrojn per tradiciaj metodoj estas grandega;vi bezonas fabrikojn, maŝinojn kaj teknikistojn, kaj ni bezonas nur la minimuman infrastrukturon."
Bercovici montris al ni du ultraviolajn radiadajn lampojn en sia laboratorio: „Ĉi tiu estas de Amazon kaj kostas 4 USD, kaj la alia estas de AliExpress kaj kostas 1,70 USD.Se vi ne havas ilin, vi ĉiam povas uzi Sunbrilon,” li klarigis.Kio pri polimeroj?"Botelo de 250 ml vendas por 16 USD ĉe Amazon.La averaĝa lenso postulas 5 ĝis 10 ml, do ankaŭ la kosto de la polimero ne estas vera faktoro."
Li emfazis, ke lia metodo ne postulas la uzon de unikaj muldiloj por ĉiu lensnombro, kiel asertas kritikistoj.Simpla ŝimo taŭgas por ĉiu lensnombro, li klarigis: "La diferenco estas la kvanto da polimero injektita, kaj por fari cilindron por la okulvitroj, necesas nur etendi la ŝimon iomete."
Bercovici diris, ke la sola multekosta parto de la procezo estas la aŭtomatigo de polimera injekto, kiu devas esti farita ĝuste laŭ la nombro da lensoj bezonataj.
"Nia revo estas efiki en la lando kun la plej malmultaj rimedoj," diris Bercovici.Kvankam malmultekostaj okulvitroj povas esti alportitaj al malriĉaj vilaĝoj - kvankam ĉi tio ne estis kompletigita - lia plano estas multe pli granda.“Same kiel tiu fama proverbo, mi ne volas doni al ili fiŝojn, mi volas instrui ilin kiel fiŝkapti.Tiamaniere homoj povos fari siajn proprajn okulvitrojn,” li diris.“Ĉu ĝi sukcesos?Nur la tempo donos la respondon.”
Bercovici kaj Frumkin priskribis ĉi tiun procezon en artikolo antaŭ proksimume ses monatoj en la unua eldono de Flow, revuo pri fluaj mekanikaj aplikoj eldonita de la Universitato de Kembriĝo.Sed la teamo ne intencas resti sur simplaj optikaj lensoj.Alia artikolo publikigita en la revuo Optica antaŭ kelkaj semajnoj priskribis novan metodon por produkti kompleksajn optigajn komponantojn en la kampo de liberforma optiko.Tiuj optikaj komponentoj estas nek konveksaj nek konkavaj, sed estas mulditaj en topografian surfacon, kaj lumo estas surradiita al la surfaco de malsamaj areoj por atingi la deziratan efikon.Ĉi tiuj komponentoj troveblas en multfokusaj okulvitroj, pilotkaskoj, altnivelaj projekciaĵsistemoj, virtualaj kaj pliigitaj realecaj sistemoj, kaj aliaj lokoj.
Fabriki liberformajn komponentojn uzante daŭrigeblajn metodojn estas komplika kaj multekosta ĉar estas malfacile mueli kaj poluri ilian surfacareon.Tial ĉi tiuj komponantoj nuntempe havas limigitajn uzojn."Estis akademiaj publikaĵoj pri la eblaj uzoj de tiaj surfacoj, sed ĉi tio ankoraŭ ne reflektiĝis en praktikaj aplikoj," klarigis Bercovici.En ĉi tiu nova artikolo, la laboratoria teamo gvidita de Elgarisi montris kiel kontroli la surfacan formon kreitan kiam polimerlikvaĵo estas injektita kontrolante la formon de la kadro.La kadro povas esti kreita per 3D presilo."Ni ne plu faras aferojn per mopsitelo, sed ĝi estas ankoraŭ tre simpla," diris Bercovici.
Omer Luria, esplorinĝeniero ĉe la laboratorio, atentigis, ke ĉi tiu nova teknologio povas rapide produkti aparte glatajn lensojn kun unika tereno."Ni esperas, ke ĝi povas signife redukti la koston kaj produktadotempon de kompleksaj optikaj komponantoj," li diris.
Profesoro Arie estas unu el la redaktistoj de Optica, sed ne partoprenis la recenzon de la artikolo."Ĉi tio estas tre bona laboro," Ali diris pri la esplorado."Por produkti asferajn optikajn surfacojn, nunaj metodoj uzas muldilojn aŭ 3D-presadon, sed ambaŭ metodoj malfacilas krei sufiĉe glatajn kaj grandajn surfacojn en akceptebla tempokadro."Arie kredas, ke la nova metodo helpos krei liberecon Prototipo de formalaj komponantoj."Por industria produktado de grandaj partoj, plej bone estas prepari muldilojn, sed por rapide testi novajn ideojn, ĉi tio estas interesa kaj eleganta metodo," li diris.
SPO estas unu el la gvidaj kompanioj de Israelo en la kampo de liberformaj surfacoj.Laŭ Adut kaj Sturlesi, la nova metodo havas avantaĝojn kaj malavantaĝojn.Ili diras, ke la uzo de plastoj limigas eblecojn ĉar ili ne estas daŭraj ĉe ekstremaj temperaturoj kaj ilia kapablo atingi sufiĉan kvaliton tra la tuta kolora gamo estas limigita.Koncerne la avantaĝojn, ili atentigis, ke la teknologio havas la eblecon signife redukti la produktokoston de kompleksaj plastaj lensoj, kiuj estas uzataj en ĉiuj poŝtelefonoj.
Adut kaj Sturlesi aldonis, ke kun tradiciaj fabrikmetodoj, la diametro de plastaj lensoj estas limigita ĉar ju pli grandaj ili estas, des malpli precizaj ili fariĝas.Ili diris, ke, laŭ la metodo de Bercovici, fabrikado de lensoj en likvaĵo povas malhelpi distordon, kiu povas krei tre potencajn optikajn komponantojn - ĉu en la kampo de sferaj lensoj aŭ liberformaj lensoj.
La plej neatendita projekto de la Technion-teamo elektis produkti grandan lenson.Ĉi tie ĉio komenciĝis per hazarda konversacio kaj naiva demando."Ĉio temas pri homoj," diris Berkovic.Kiam li demandis Berkovic, li diris al D-ro Edward Baraban, esploristo de NASA, ke li konas sian projekton en Universitato Stanford, kaj li konis lin en Universitato Stanford: “Vi pensas, ke vi povas Ĉu vi faras tian lenson por kosmoteleskopo. ?”
"Ĝi sonis kiel freneza ideo," Berkovic memoris, "sed ĝi estis profunde presita en mia menso."Post kiam la laboratoria testo estis sukcese finita, israelaj esploristoj rimarkis, ke la metodo povus esti uzata en Ĝi funkcias same en la spaco.Post ĉio, vi povas atingi mikrogravitajn kondiĉojn tie sen la bezono de flosaj likvaĵoj."Mi telefonis al Edward kaj mi diris al li, ke ĝi funkcias!"
Kosmoteleskopoj havas grandajn avantaĝojn super terbazitaj teleskopoj ĉar ili ne estas trafitaj per atmosfera aŭ lumpoluo.La plej granda problemo kun la evoluo de kosmoteleskopoj estas ke ilia grandeco estas limigita per la grandeco de la lanĉilo.Sur la Tero, teleskopoj nuntempe havas diametron de ĝis 40 metroj.La Kosmoteleskopo Hubble havas 2,4-metro-diametran spegulon, dum la James Webb-Teleskopo havas 6,5-metro-diametran spegulon — la sciencistoj bezonis 25 jarojn por atingi tiun ĉi atingon, kostante 9 miliardojn da usonaj dolaroj, parte ĉar Sistemo devas esti evoluinta kiu povas lanĉi la teleskopon en faldita pozicio kaj poste aŭtomate malfermi ĝin en la spaco.
Aliflanke, Likvaĵo jam estas en "faldita" stato.Ekzemple, vi povas plenigi la dissendilon per likva metalo, aldoni injektan mekanismon kaj vastigringon, kaj poste fari spegulon en la spaco."Ĉi tio estas iluzio," Berkovic konfesis.“Mia patrino demandis min,' Kiam vi estos preta?Mi diris al ŝi, 'Eble post ĉirkaŭ 20 jaroj.Ŝi diris, ke ŝi ne havas tempon por atendi.”
Se ĉi tiu sonĝo realiĝos, ĝi eble ŝanĝos la estontecon de spaca esplorado.Hodiaŭ, Berkovic atentigis, ke homoj ne havas la kapablon rekte observi eksoplanedojn - planedojn ekster la sunsistemo, ĉar fari tion postulas Teran teleskopon 10 fojojn pli granda ol ekzistantaj teleskopoj - kio estas tute neebla kun ekzistanta teknologio.
Aliflanke, Bercovici aldonis, ke la Falcon Heavy, nuntempe la plej granda kosmolanĉilo SpaceX, povas porti 20 kubmetrojn da likvaĵo.Li klarigis, ke teorie, Falcon Heavy povus esti uzata por lanĉi likvaĵon al enorbita punkto, kie la likvaĵo povus esti uzata por fari 75-metro-diametran spegulon - la surfacareo kaj kolektita lumo estus 100 fojojn pli grandaj ol ĉi-lasta. .Teleskopo James Webb.
Ĉi tio estas sonĝo, kaj daŭros longa tempo por realigi ĝin.Sed NASA prenas ĝin serioze.Kune kun teamo de inĝenieroj kaj sciencistoj de la Ames Esplorcentro de NASA, gvidata de Balaban, la teknologio estas provita por la unua fojo.
Fine de decembro, sistemo ellaborita de la laboratorio-teamo de Bercovici estos sendita al la Internacia Spacstacio, kie oni faros serion da eksperimentoj por ebligi astronaŭtojn fabriki kaj kuraci lensojn en la spaco.Antaŭ tio, eksperimentoj estos faritaj en Florido ĉi-semajnfine por testi la fareblecon produkti altkvalitajn lensojn sub mikrogravito sen la bezono de iu flosema likvaĵo.
La Fluida Teleskopa Eksperimento (FLUTE) estis efektivigita sur reduktita gravita aviadilo - ĉiuj sidlokoj de ĉi tiu aviadilo estis forigitaj por trejnado de astronaŭtoj kaj filmado de nulgravitaj scenoj en filmoj.Per manovrado en la formo de kontraŭparabola supreniranta kaj poste falanta libere-mikrogravitaj kondiĉoj estas kreitaj en la aviadilo por mallonga tempodaŭro."Ĝi nomiĝas "voma kometo" pro bona kialo," diris Berkovic ridetante.La libera falo daŭras ĉirkaŭ 20 sekundojn, en kiuj la gravito de la aviadilo estas proksima al nulo.Dum ĉi tiu periodo, la esploristoj provos fari likvan lenson kaj fari mezurojn por pruvi, ke la kvalito de la lenso estas sufiĉe bona, tiam la aviadilo fariĝas rekta, la gravito estas plene restarigita, kaj la lenso fariĝas flako.
La eksperimento estas planita por du flugoj ĵaŭde kaj vendrede, ĉiu kun 30 paraboloj.Bercovici kaj la plej multaj membroj de la laboratorioteamo, inkluzive de Elgarisi kaj Luria, kaj Frumkin de la Masaĉuseca Instituto de Teknologio ĉeestos.
Dum mia vizito al la laboratorio Technion, la ekscito estis superforta.Sur la planko estas 60 kartonaj skatoloj, kiuj enhavas 60 memfaritajn malgrandajn ilojn por eksperimentoj.Luria faras finajn kaj lastminutajn plibonigojn al la komputilizita eksperimenta sistemo, kiun li evoluigis por mezuri lensan rendimenton.
Samtempe, la teamo faras tempajn ekzercojn antaŭ kritikaj momentoj.Unu teamo staris tie kun kronohorloĝo, kaj la aliaj havis 20 sekundojn por fari pafon.Sur la aviadilo mem, la kondiĉoj estos eĉ pli malbonaj, precipe post pluraj liberaj faloj kaj suprenleviĝoj sub pliigita gravito.
Ne nur la Technion-teamo estas ekscitita.Baraban, la ĉefesploristo de Flute Experiment de NASA, diris al Haaretz, "La fluidforma metodo povas rezultigi potencajn kosmoteleskopojn kun aperturoj de dekoj aŭ eĉ centoj da metroj.Ekzemple, tiaj teleskopoj povas rekte observi la ĉirkaŭon de aliaj steloj.Planedo, faciligas alt-rezolucian analizon de sia atmosfero, kaj eĉ povas identigi grandskalajn surfacajn trajtojn.Ĉi tiu metodo ankaŭ povas konduki al aliaj spacaj aplikoj, kiel altkvalitaj optikaj komponantoj por energirikoltado kaj dissendo, sciencaj instrumentoj kaj medicinaj ekipaĵoj Spaca fabrikado - tiel ludante gravan rolon en la emerĝanta spacekonomio."
Baldaŭ antaŭ ol suriri en la aviadilon kaj komenci la aventuron de sia vivo, Berkovic paŭzis momenton pro surprizo."Mi daŭre demandas min kial neniu antaŭe pensis pri tio," li diris.“Ĉiufoje, kiam mi iras al konferenco, mi timas, ke iu stariĝos kaj diros, ke iuj rusaj esploristoj faris tion antaŭ 60 jaroj.Post ĉio, ĝi estas tiel simpla metodo."
Afiŝtempo: Dec-21-2021