Prof Moran Bercovici sareng Dr. Valeri Frumkin parantos ngembangkeun téknologi murah pikeun manufaktur lénsa optik, sareng tiasa waé ngahasilkeun spectacles pikeun seueur nagara berkembang dimana spectacles henteu sayogi.Ayeuna, NASA nyebutkeun éta bisa dipaké pikeun nyieun teleskop spasi
Élmu biasana maju dina léngkah leutik.Sapotong leutik inpormasi ditambahkeun kana unggal percobaan anyar.Jarang pisan yén ide saderhana anu muncul dina otak élmuwan nyababkeun terobosan anu ageung tanpa ngagunakeun téknologi naon waé.Tapi ieu anu lumangsung ka dua insinyur Israél anu ngembangkeun metoda anyar manufaktur lénsa optik.
Sistemna saderhana, murah sareng akurat, sareng tiasa gaduh dampak anu ageung dugi ka sapertilu populasi sadunya.Ogé bisa ngarobah rupa panalungtikan spasi.Pikeun ngararancang éta, panalungtik ngan ukur peryogi papan bodas, spidol, pamupus sareng sakedik tuah.
Profesor Moran Bercovici sareng Dr. Valeri Frumkin ti Jurusan Téknik Mesin tina Technion-Israel Institute of Technology di Haifa ngahususkeun dina mékanika cairan, sanés élmu optik.Tapi sataun satengah katukang, di Forum Laureate Dunya di Shanghai, Berkovic kajantenan calik sareng David Ziberman, saurang ekonom Israél.
Zilberman nyaéta juara Wolf Prize, sareng ayeuna di University of California, Berkeley, anjeunna nyarioskeun panalungtikanana di nagara berkembang.Bercovici ngajelaskeun percobaan cairan na.Teras Ziberman naroskeun patarosan anu sederhana: "Naha anjeun tiasa nganggo ieu pikeun ngadamel gelas?"
"Nalika anjeun mikirkeun nagara-nagara berkembang, anjeun biasana mikirkeun malaria, perang, lapar," saur Berkovic."Tapi Ziberman nyarioskeun hal anu kuring henteu terang pisan-2.5 milyar jalma di dunya peryogi gelas tapi henteu tiasa nampi.Ieu mangrupikeun nomer anu luar biasa. ”
Bercovici balik ka bumi sareng mendakan yén laporan ti Forum Ékonomi Dunia dikonfirmasi nomer ieu.Sanajan éta ngan waragad sababaraha dollar pikeun nyieun sapasang gelas basajan, gelas mirah teu dijieun atawa dijual di paling bagian dunya.
Dampakna ageung pisan, ti murangkalih anu teu tiasa ningali papan tulis di sakola dugi ka dewasa anu panonna parah pisan dugi ka kaleungitan padamelan.Salian ngabahayakeun kualitas kahirupan masarakat, biaya ékonomi global diperkirakeun saluhur US $ 3 triliun per taun.
Sanggeus paguneman, Berkovic teu bisa bobo peuting.Nalika anjeunna sumping di Technion, anjeunna ngabahas masalah ieu sareng Frumkin, anu mangrupikeun panalungtik postdoctoral di laboratorium na dina waktos éta.
"Kami ngagambar shot dina papan tulis sareng ningali éta," saur anjeunna."Kami terang sacara naluriah yén kami henteu tiasa nyiptakeun bentuk ieu kalayan téknologi kontrol cairan kami, sareng kami hoyong terang kunaon."
Wangun buleud nyaéta dasar élmu optik sabab lénsa dijieunna tina éta.Sacara téori, Bercovici jeung Frumkin terang yén maranéhna bisa nyieun kubah buleud tina polimér (cairan anu geus solid) pikeun nyieun lénsa.Tapi cair ngan bisa tetep buleud dina volume leutik.Nalika aranjeunna langkung ageung, gravitasi bakal nyéépkeunana kana puddles.
"Janten anu kedah urang laksanakeun nyaéta ngaleungitkeun gravitasi," jelas Bercovici.Sareng ieu anu dilakukeun ku anjeunna sareng Frumkin.Saatos diajar papan tulisna, Frumkin ngagaduhan ide anu saderhana, tapi henteu écés naha teu aya anu panginten sateuacanna-upami lensa disimpen dina kamar cair, pangaruh gravitasi tiasa dileungitkeun.Sadaya anu anjeun kedah laksanakeun nyaéta mastikeun yén cairan dina chamber (disebut cairan apung) gaduh kapadetan anu sami sareng polimér tempat lensa didamel, teras polimér bakal ngambang.
Hal penting séjén nyaéta ngagunakeun dua cairan anu teu tiasa dicampurkeun, anu hartosna aranjeunna moal pacampur, sapertos minyak sareng cai."Seuseueurna polimér langkung sapertos minyak, janten cairan apung urang 'singular' nyaéta cai," saur Bercovici.
Tapi kusabab dénsitas cai langkung handap tibatan polimér, dénsitasna kedah dironjatkeun sakedik supados polimérna ngambang.Pikeun tujuan ieu, panalungtik ogé ngagunakeun bahan kirang aheng - uyah, gula atawa gliserin.Bercovici nyatakeun yén komponén ahir prosés nyaéta pigura anu kaku dimana polimér disuntik supados bentukna tiasa dikontrol.
Nalika polimér ngahontal bentuk ahirna, éta diubaran nganggo radiasi ultraviolét sareng janten lénsa padet.Pikeun nyieun pigura, panalungtik ngagunakeun pipa kokotor basajan, motong kana cingcin, atawa piring petri dipotong ti handap."Saha waé murangkalih tiasa ngadamel di bumi, sareng putri kuring sareng kuring damel di bumi," saur Bercovici."Salila sababaraha taun, kami parantos ngalaksanakeun seueur hal di laboratorium, sababaraha diantarana rumit pisan, tapi teu aya ragu yén ieu mangrupikeun hal anu paling sederhana sareng paling gampang anu kami lakukeun.Panginten anu paling penting."
Frumkin nyiptakeun shot kahijina dina dinten anu sami anjeunna mikirkeun solusi."Anjeunna ngirim kuring poto dina WhatsApp," émut Berkovic."Sacara retrospect, ieu mangrupikeun lensa anu alit sareng awon, tapi kami bagja pisan."Frumkin terus diajar penemuan anyar ieu."Persamaan nunjukkeun yén nalika anjeun ngaleungitkeun gravitasi, henteu masalah naha pigurana hiji séntiméter atanapi hiji kilométer;gumantung kana jumlah bahan, anjeun bakal salawasna meunang bentuk sarua ".
Dua panalungtik terus ékspérimén jeung bahan rusiah generasi kadua, ember pel, sarta dipaké pikeun nyieun lénsa kalayan diaméter 20 cm nu cocog pikeun teleskop.Biaya lénsa naek éksponénsial kalawan diaméterna, tapi kalawan metoda anyar ieu, paduli ukuranana, sadaya nu peryogi nyaéta polimér mirah, cai, uyah (atawa gliserin), sarta kapang ring.
Daptar bahan nandaan parobihan anu ageung dina metode manufaktur lensa tradisional anu tetep ampir teu robih salami 300 taun.Dina tahap awal prosés tradisional, piring kaca atanapi plastik sacara mékanis digiling.Salaku conto, nalika ngadamel lénsa tontonan, sakitar 80% bahanna dibuang.Nganggo metode anu dirarancang ku Bercovici sareng Frumkin, tibatan ngagiling bahan padet, cairan disuntikkeun kana pigura, supados lénsa tiasa diproduksi dina prosés anu teu aya runtah.Metoda ieu ogé teu merlukeun polishing, sabab tegangan permukaan cairan bisa mastikeun permukaan pisan lemes.
Haaretz nganjang ka laboratorium Technion, dimana mahasiswa doktor Mor Elgarisi nunjukkeun prosésna.Anjeunna nyuntik polimér kana cingcin dina chamber cair leutik, disinar ku lampu UV, sarta dibikeun kuring sapasang sarung bedah dua menit engké.Kuring taliti pisan dipped leungeun kuring dina cai sarta ditarik kaluar lensa."Éta, pamrosésan parantos réngsé," Berkovic ngagorowok.
Lénsa leres-leres mulus upami dirampa.Ieu mah sakadar rarasaan subjektif: Bercovici nyebutkeun yen sanajan tanpa polishing, roughness permukaan lénsa dijieun maké métode polimér kirang ti hiji nanometer (samilyar méter)."Kakuatan alam nyiptakeun kualitas anu luar biasa sorangan, sareng aranjeunna gratis," saurna.Sabalikna, kaca optik digosok nepi ka 100 nanométer, sedengkeun kaca spion unggulan NASA James Webb Space Telescope digosok nepi ka 20 nanométer.
Tapi teu sadaya jelema percaya yén métode elegan ieu bakal Jurusalamet milyaran jalma di sakuliah dunya.Profesor Ady Arie ti Sakola Téknik Eléktro Universitas Tel Aviv nunjukkeun yén metode Bercovici sareng Frumkin butuh kapang sirkular dimana polimér cair disuntik, polimér sorangan sareng lampu ultraviolet.
"Ieu henteu sayogi di désa India," saur anjeunna.Masalah anu sanésna diangkat ku pangadeg SPO Precision Optics sareng wakil presiden R&D Niv Adut sareng lulugu élmuwan perusahaan Dr Doron Sturlesi (duanana akrab sareng karya Bercovici) nyaéta ngagentos prosés ngagiling sareng tuang plastik bakal hésé pikeun adaptasi lensa ka kabutuhan.rahayatna.
Berkovic teu panik."Kritik mangrupikeun bagian dasar élmu, sareng pamekaran gancang urang dina taun katukang seueurna kusabab para ahli ngadorong urang ka pojok," saurna.Ngeunaan feasibility manufaktur di wewengkon terpencil, anjeunna ditambahkeun: "The infrastruktur diperlukeun pikeun pabrik gelas ngagunakeun métode tradisional téh badag;Anjeun peryogi pabrik, mesin, sareng teknisi, sareng urang ngan ukur peryogi infrastruktur minimum.
Bercovici nunjukkeun ka kami dua lampu radiasi ultraviolet di laboratorium na: "Ieu ti Amazon sareng hargana $ 4, sareng anu sanésna ti AliExpress sareng hargana $ 1,70.Upami anjeun teu gaduh aranjeunna, anjeun tiasa nganggo Sunshine, ”terangna.Kumaha upami polimér?"Botol 250-ml dijual pikeun $ 16 dina Amazon.Lensa rata-rata butuh 5 dugi ka 10 ml, janten biaya polimér ogé sanés faktor nyata.
Anjeunna emphasized yén métode na teu merlukeun pamakéan molds unik pikeun tiap angka lénsa, sakumaha kritik ngaku.Cetakan saderhana cocog pikeun unggal nomer lénsa, anjeunna ngajelaskeun: "Bedana nyaéta jumlah polimér anu disuntik, sareng pikeun ngadamel silinder pikeun gelas, sadaya anu diperyogikeun nyaéta manteng kapang sakedik."
Bercovici nyebatkeun yén hiji-hijina bagian anu mahal tina prosés nyaéta otomasi suntikan polimér, anu kedah dilakukeun sacara tepat dumasar kana jumlah lénsa anu diperyogikeun.
"Impian kami nyaéta gaduh dampak di nagara éta kalayan sumber pangsaeutikna," saur Bercovici.Sanajan kacamata murah bisa dibawa ka desa miskin-sanajan ieu teu acan réngsé-rencanana jauh leuwih badag.“Sapertos paribasa anu kawéntar éta, abdi henteu hoyong masihan lauk, abdi hoyong diajar ngala lauk.Ku cara kitu, masarakat bakal bisa nyieun kacamata sorangan,” pokna.“Naha bakal suksés?Ngan waktos anu bakal masihan jawaban. ”
Bercovici sareng Frumkin ngajelaskeun prosés ieu dina tulisan sakitar genep bulan kapengker dina édisi munggaran Flow, jurnal aplikasi mékanika cairan anu diterbitkeun ku Universitas Cambridge.Tapi tim teu maksudna tetep dina lenses optik basajan.Makalah sejen diterbitkeun dina majalah Optica sababaraha minggu ka tukang ngajelaskeun metoda anyar pikeun manufaktur komponén optik kompléks dina widang optik formulir bébas.Komponén optik ieu sanés gilig atanapi kerung, tapi dibentuk janten permukaan topografis, sareng cahaya dipancarkeun kana permukaan daérah anu béda pikeun ngahontal pangaruh anu dipikahoyong.Komponén ieu tiasa dipendakan dina gelas multifokal, helm pilot, sistem proyektor canggih, sistem kanyataan virtual sareng augmented, sareng tempat-tempat sanés.
Pabrikan komponén bentuk bébas ngagunakeun métode sustainable téh pajeulit jeung mahal sabab hese grind jeung Polandia aréa permukaan maranéhanana.Ku alatan éta, komponén ieu ayeuna boga pamakéan kawates."Aya publikasi akademik ngeunaan kamungkinan panggunaan permukaan sapertos kitu, tapi ieu henteu acan ditingali dina aplikasi praktis," jelas Bercovici.Dina makalah anyar ieu, tim laboratorium dipingpin ku Elgarisi némbongkeun cara ngadalikeun bentuk beungeut dijieun nalika cairan polimér disuntik ku ngadalikeun bentuk pigura.Pigura bisa dijieun maké printer 3D."Kami henteu ngalakukeun deui nganggo ember pel, tapi éta saderhana pisan," saur Bercovici.
Omer Luria, insinyur riset di laboratorium, nunjukkeun yén téknologi anyar ieu tiasa gancang ngahasilkeun lénsa anu mulus kalayan rupa bumi anu unik."Kami ngarepkeun éta sacara signifikan tiasa ngirangan biaya sareng waktos produksi komponén optik kompléks," saurna.
Professor Arie mangrupakeun salah sahiji redaktur Optica, tapi teu ilubiung dina review artikel."Ieu mangrupikeun padamelan anu saé," saur Ali ngeunaan panalungtikan."Pikeun ngahasilkeun permukaan optik aspheric, métode ayeuna ngagunakeun molds atanapi percetakan 3D, tapi duanana métode hese nyieun surfaces sahingga lemes jeung badag dina jangka waktu nu lumrah".Arie yakin yén métode anyar bakal mantuan nyieun kabebasan Prototipe komponén formal."Kanggo produksi industri tina angka nu gede ngarupakeun bagian, éta pangalusna pikeun nyiapkeun molds, tapi dina urutan gancang nguji ideu anyar, ieu métode metot sarta elegan," cenahna.
SPO mangrupikeun salah sahiji perusahaan terkemuka Israél dina bidang permukaan bentuk gratis.Nurutkeun Adut jeung Sturlesi, métode anyar boga kaunggulan jeung kalemahan.Aranjeunna nyarios yén pamakean plastik ngabatesan kamungkinan sabab henteu awét dina suhu anu ekstrim sareng kamampuan pikeun ngahontal kualitas anu cekap dina sadaya warna terbatas.Sedengkeun pikeun kaunggulan, aranjeunna nunjuk kaluar yén téhnologi ngabogaan potensi pikeun nyata ngurangan biaya produksi lenses palastik kompléks, nu dipaké dina sakabéh ponsel.
Adut sareng Sturlesi nambihan yén kalayan metode manufaktur tradisional, diaméter lénsa plastik diwatesan kumargi langkung ageung aranjeunna, janten kirang tepat.Aranjeunna nyarios yén, dumasar kana metode Bercovici, manufaktur lénsa dina cairan tiasa nyegah distorsi, anu tiasa nyiptakeun komponén optik anu kuat pisan-naha dina widang lénsa buleud atanapi lénsa bentuk bébas.
Proyék anu paling teu kaduga tina tim Technion nyaéta milih ngahasilkeun lensa anu ageung.Di dieu, éta sadayana dimimitian ku paguneman anu teu kahaja sareng patarosan naif."Éta sadayana ngeunaan jalma," saur Berkovic.Nalika anjeunna naros ka Berkovic, anjeunna nyarios ka Dr. Edward Baraban, ilmuwan panaliti NASA, yén anjeunna terang proyék na di Universitas Stanford, sareng anjeunna terang anjeunna di Universitas Stanford: "Anjeun pikir anjeun tiasa ngadamel lensa sapertos kitu pikeun teleskop ruang angkasa ?”
"Éta disada sapertos ide anu gélo," saur Berkovic, "tapi éta dicitak pisan dina pikiran kuring."Saatos tés laboratorium ieu hasil réngsé, peneliti Israél sadar yén métode bisa dipaké dina Ieu jalan jalan anu sarua dina spasi.Barina ogé, anjeun tiasa ngahontal kaayaan microgravity di dinya tanpa butuh cairan buoyant."Kuring nelepon Edward sarta kuring bébéja anjeunna, éta jalan!"
Teleskop ruang angkasa gaduh kaunggulan anu ageung tibatan teleskop dumasar taneuh sabab henteu kapangaruhan ku polusi atmosfir atanapi cahaya.Masalah pangbadagna kalayan pamekaran teleskop ruang angkasa nyaéta ukuranana dibatesan ku ukuran launcher.Di Bumi, teleskop ayeuna gaduh diaméter dugi ka 40 méter.Teleskop Spasi Hubble gaduh eunteung diaméterna 2,4 méter, sedengkeun Teleskop James Webb gaduh eunteung 6,5 méter diaméterna - butuh 25 taun para élmuwan pikeun ngahontal prestasi ieu, hargana 9 milyar dolar AS, sabagéan kusabab sistem A kedah janten dimekarkeun anu bisa ngajalankeun teleskop dina posisi narilep lajeng otomatis muka eta dina spasi.
Di sisi anu sanés, Cairan parantos aya dina kaayaan "dilipat".Salaku conto, anjeun tiasa ngeusian pemancar sareng logam cair, tambahkeun mékanisme suntik sareng cingcin ékspansi, teras ngadamel eunteung di rohangan."Ieu ilusi," Berkovic ngaku."Indung kuring naros ka kuring, 'Iraha anjeun badé siap?Abdi nyarios ka anjeunna, 'Meureun dina 20 taun.Cenah manehna teu boga waktu nungguan.”
Upami impian ieu leres, éta tiasa ngarobih masa depan panalungtikan ruang angkasa.Kiwari, Berkovic nunjuk kaluar yén manusa teu boga kamampuhan pikeun langsung niténan exoplanét-planét di luar sistim tatasurya, sabab ngalakukeun kitu merlukeun teleskop Bumi 10 kali leuwih badag batan teleskop aya-anu sagemblengna teu mungkin jeung téhnologi aya.
Di sisi anu sanés, Bercovici nambihan yén Falcon Heavy, ayeuna mangrupikeun peluncuran ruang angkasa SpaceX panggedéna, tiasa nyandak 20 méter kubik cairan.Anjeunna ngécéskeun yén dina téori, Falcon Heavy tiasa dianggo pikeun ngaluncurkeun cairan ka titik orbit, dimana cairanana tiasa dianggo pikeun ngadamel eunteung 75-méteran-diaméterna-luas permukaan sareng cahaya anu dikumpulkeun bakal 100 kali langkung ageung tibatan anu terakhir. .teleskop James Webb.
Ieu impian, sarta bakal butuh lila pikeun ngawujudkeun eta.Tapi NASA nyandak éta sacara serius.Kalayan tim insinyur sareng ilmuwan ti Pusat Panaliti Ames NASA, dipingpin ku Balaban, téknologi ieu dicoba pikeun kahiji kalina.
Dina ahir Désémber, sistem anu dikembangkeun ku tim laboratorium Bercovici bakal dikirim ka Stasion Angkasa Internasional, dimana sababaraha ékspérimén bakal dilakukeun pikeun ngaktifkeun astronot pikeun ngahasilkeun sareng ngubaran lénsa di luar angkasa.Sateuacan éta, ékspérimén bakal dilakukeun di Florida sabtu minggu ieu pikeun nguji kabébasan ngahasilkeun lénsa kualitas luhur dina kaayaan mikrogravity tanpa peryogi cairan anu ngapung.
The Fluid Telescope Experiment (FLUTE) dilaksanakeun dina pesawat gravitasi anu diréduksi-sadayana korsi pesawat ieu dipiceun pikeun ngalatih astronot sareng moto pamandangan gravitasi nol dina pilem.Ku maneuvering dina bentuk hiji antiparabola-naek lajeng ragrag bébas-microgravity kaayaan dijieun dina pesawat pikeun periode pondok waktu."Ieu disebut 'vomit komet' pikeun alesan alus," ceuk Berkovic bari seuri.Ragrag bébas lumangsung sakitar 20 detik, dimana gravitasi pesawat caket sareng nol.Salila periode ieu, panalungtik bakal nyoba nyieun lénsa cair jeung nyieun ukuran pikeun ngabuktikeun yén kualitas lénsa cukup alus, lajeng pesawat jadi lempeng, gravitasi pinuh disimpen, sarta lénsa jadi puddle a.
Percobaan dijadwalkeun pikeun dua penerbangan dina Kemis sareng Jumaah, masing-masing gaduh 30 parabola.Bercovici sareng seueur anggota tim laboratorium, kalebet Elgarisi sareng Luria, sareng Frumkin ti Massachusetts Institute of Technology bakal hadir.
Salila nganjang ka laboratorium Technion, pikagumbiraeun éta overwhelming.Aya 60 kotak kardus di lantai, anu ngandung 60 kit leutik buatan sorangan pikeun ékspérimén.Luria nyieun perbaikan final jeung menit panungtungan pikeun sistem ékspérimén komputerisasi anjeunna dimekarkeun pikeun ngukur kinerja lénsa.
Dina waktos anu sami, tim nuju ngalaksanakeun latihan waktos sateuacan waktos kritis.Hiji tim nangtung di dinya kalayan stopwatch, sareng anu sanésna gaduh 20 detik pikeun nembak.Dina pesawat sorangan, kaayaan bakal malah parah, utamana sanggeus sababaraha ragrag bébas tur lifts luhur dina ngaronjat gravitasi.
Henteu ngan ukur tim Technion anu bungah.Baraban, panalungtik utama tina Percobaan Flute NASA, nyarios ka Haaretz, "Metode ngabentuk cairan tiasa nyababkeun teleskop luar angkasa anu kuat kalayan aperture puluhan atanapi bahkan ratusan meter.Contona, teleskop misalna bisa langsung niténan sabudeureun béntang lianna.Planét, ngagampangkeun analisa atmosfir resolusi luhur, bahkan tiasa ngaidentipikasi fitur permukaan skala ageung.Métode ieu ogé tiasa nyababkeun aplikasi ruang angkasa sanés, sapertos komponén optik kualitas luhur pikeun panén sareng pangiriman énergi, instrumen ilmiah, sareng alat médis manufaktur Spasi-sahingga maénkeun peran penting dina ékonomi rohangan anu muncul.
Teu lila saméméh naek pesawat sarta embarking on petualangan hirupna, Berkovic direureuhkeun sakedapan reuwas."Kuring terus naroskeun ka diri kuring naha teu aya anu ngémutan ieu sateuacanna," saurna."Unggal-unggal kuring angkat ka konperénsi, kuring sieun aya anu nangtung sareng nyarios yén sababaraha peneliti Rusia ngalakukeun ieu 60 taun ka pengker.Barina ogé, éta cara anu saderhana. ”
waktos pos: Dec-21-2021