Prof. Moran Bercovici ve Dr. Valeri Frumkin optik lens üretimi için ucuz teknoloji geliştirdiler ve gözlüğün bulunmadığı gelişmekte olan birçok ülke için gözlük üretmek mümkün.Şimdi, NASA uzay teleskopları yapmak için kullanılabileceğini söylüyor
Bilim genellikle küçük adımlarla ilerler.Her yeni deneye küçük bir bilgi parçası eklenir.Bir bilim insanının beyninde beliren basit bir fikrin, herhangi bir teknoloji kullanmadan büyük bir atılıma yol açması nadirdir.Ancak optik lensler üretmek için yeni bir yöntem geliştiren iki İsrailli mühendisin başına gelen buydu.
Sistem basit, ucuz ve doğru ve dünya nüfusunun üçte birine kadar büyük bir etkisi olabilir.Uzay araştırmalarının çehresini de değiştirebilir.Bunu tasarlamak için araştırmacıların sadece bir beyaz tahtaya, bir kaleme, bir silgiye ve biraz şansa ihtiyacı var.
Hayfa'daki Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü Makine Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Moran Bercovici ve Dr. Valeri Frumkin, optik değil akışkanlar mekaniği konusunda uzmanlaşmıştır.Ancak bir buçuk yıl önce, Şanghay'daki Dünya Ödüllü Forumu'nda Berkoviç, İsrailli bir ekonomist olan David Ziberman ile bir araya geldi.
Zilberman Kurt Ödülü sahibi ve şu anda Berkeley'deki California Üniversitesi'nde gelişmekte olan ülkelerdeki araştırmalarından bahsetti.Bercovici sıvı deneyini anlattı.Sonra Ziberman basit bir soru sordu: "Bunu gözlük yapmak için kullanabilir misin?"
Berkoviç, "Gelişmekte olan ülkeleri düşündüğünüzde genellikle sıtma, savaş, açlık düşünürsünüz" dedi.“Ama Ziberman bilmediğim bir şey söyledi, dünyadaki 2,5 milyar insanın gözlüğe ihtiyacı var ama alamıyor.Bu inanılmaz bir rakam.”
Bercovici eve döndü ve Dünya Ekonomik Forumu'ndan bir raporun bu sayıyı doğruladığını gördü.Basit bir gözlük yapmak sadece birkaç dolara mal olsa da, dünyanın çoğu yerinde ucuz gözlükler üretilmez veya satılmaz.
Etkisi çok büyük, okulda kara tahtayı göremeyen çocuklardan, gözleri o kadar bozulan ve işlerini kaybedecek kadar kötüleşen yetişkinlere kadar uzanıyor.İnsanların yaşam kalitesine zarar vermenin yanı sıra, küresel ekonominin maliyetinin yılda 3 trilyon ABD doları kadar yüksek olduğu tahmin edilmektedir.
Konuşmanın ardından Berkoviç geceleri uyuyamadı.Technion'a vardığında, o sırada laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Frumkin ile bu konuyu tartıştı.
“Beyaz tahtaya bir resim çizdik ve ona baktık” diye hatırladı."Akışkan kontrol teknolojimizle bu şekli yaratamayacağımızı içgüdüsel olarak biliyoruz ve nedenini öğrenmek istiyoruz."
Mercek onlardan yapıldığı için küresel şekil optiğin temelidir.Teoride, Bercovici ve Frumkin, bir polimerden (katılaşmış bir sıvıdan) yuvarlak bir kubbe yaparak bir lens yapabileceklerini biliyorlardı.Ancak sıvılar yalnızca küçük hacimlerde küresel kalabilir.Daha büyük olduklarında, yerçekimi onları su birikintileri haline getirecektir.
Bercovici, "Öyleyse yapmamız gereken yerçekiminden kurtulmak," dedi.Ve bu tam olarak o ve Frumkin'in yaptığı şeydi.Beyaz tahtalarını inceledikten sonra, Frumkin çok basit bir fikir buldu, ancak neden daha önce kimsenin düşünmediği açık değil - lens bir sıvı odasına yerleştirilirse, yerçekimi etkisi ortadan kaldırılabilir.Tek yapmanız gereken, haznedeki sıvının (yüzer sıvı olarak adlandırılır) merceğin yapıldığı polimerle aynı yoğunluğa sahip olduğundan emin olmaktır ve ardından polimer yüzer.
Bir diğer önemli husus ise yağ ve su gibi birbirine karışmayan iki sıvının kullanılmasıdır.Bercovici, "Çoğu polimer daha çok yağ gibidir, bu yüzden 'tekil' yüzen sıvımız sudur" dedi.
Ancak suyun yoğunluğu polimerlerden daha düşük olduğundan, polimerin yüzebilmesi için yoğunluğunun biraz arttırılması gerekir.Bu amaçla, araştırmacılar aynı zamanda daha az egzotik malzemeler -tuz, şeker veya gliserin- kullandılar.Bercovici, işlemin son bileşeninin, formunun kontrol edilebilmesi için polimerin enjekte edildiği sert bir çerçeve olduğunu söyledi.
Polimer nihai formuna ulaştığında ultraviyole radyasyon kullanılarak kürlenir ve katı bir lens haline gelir.Çerçeveyi yapmak için araştırmacılar, halka şeklinde kesilmiş basit bir kanalizasyon borusu veya alttan kesilmiş bir petri kabı kullandılar.Bercovici, "Herhangi bir çocuk onları evde yapabilir ve kızlarım ve ben bazılarını evde yaptık" dedi."Yıllar boyunca laboratuvarda bazıları çok karmaşık olan birçok şey yaptık, ancak bunun yaptığımız en basit ve en kolay şey olduğuna şüphe yok.Belki de en önemlisi."
Frumkin, çözümü düşündüğü gün ilk atışını yarattı.Berkovic, “Bana WhatsApp'ta bir fotoğraf gönderdi” dedi."Geçmişe bakıldığında, bu çok küçük ve çirkin bir lensti ama biz çok mutluyduk."Frumkin bu yeni buluşu incelemeye devam etti.“Denklem gösteriyor ki, yerçekimini bir kez kaldırdığınızda, çerçevenin bir santimetre mi yoksa bir kilometre mi olduğu önemli değil;malzeme miktarına bağlı olarak her zaman aynı şekli alırsınız.”
İki araştırmacı, ikinci nesil gizli bileşen olan paspas kovasını denemeye devam etti ve bunu teleskoplar için uygun 20 cm çapında bir mercek oluşturmak için kullandı.Lensin maliyeti çapla birlikte katlanarak artar, ancak bu yeni yöntemle, boyutu ne olursa olsun, ihtiyacınız olan tek şey ucuz polimer, su, tuz (veya gliserin) ve bir halka kalıptır.
İçerik listesi, 300 yıldır neredeyse değişmeden kalan geleneksel lens üretim yöntemlerinde büyük bir değişime işaret ediyor.Geleneksel işlemin ilk aşamasında, bir cam veya plastik plaka mekanik olarak öğütülür.Örneğin, gözlük camları üretirken malzemenin yaklaşık %80'i israf edilir.Bercovici ve Frumkin'in tasarladığı yöntem kullanılarak, katı malzemeleri öğütmek yerine çerçeveye sıvı enjekte ediliyor, böylece lens tamamen atıksız bir süreçle üretilebiliyor.Bu yöntem ayrıca cila gerektirmez, çünkü sıvının yüzey gerilimi son derece pürüzsüz bir yüzey sağlayabilir.
Haaretz, doktora öğrencisi Mor Elgarisi'nin süreci gösterdiği Technion'un laboratuvarını ziyaret etti.Küçük bir sıvı odasındaki bir halkaya polimer enjekte etti, UV lambasıyla ışınladı ve iki dakika sonra bana bir çift cerrahi eldiven verdi.Elimi çok dikkatli bir şekilde suya daldırdım ve lensi çıkardım."İşte bu, işlem bitti," diye bağırdı Berkoviç.
Lensler dokunmak için kesinlikle pürüzsüz.Bu sadece öznel bir duygu değil: Bercovici, polimer yöntemiyle yapılan bir merceğin yüzey pürüzlülüğünün cilasız bile bir nanometreden (metrenin milyarda biri) daha az olduğunu söylüyor.“Doğanın güçleri kendi başlarına olağanüstü nitelikler yaratır ve bunlar özgürdür” dedi.Buna karşılık, optik cam 100 nanometreye parlatılırken, NASA'nın amiral gemisi James Webb Uzay Teleskobu'nun aynaları 20 nanometreye parlatıldı.
Ancak herkes bu zarif yöntemin dünyadaki milyarlarca insanın kurtarıcısı olacağına inanmıyor.Tel Aviv Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Okulu'ndan Profesör Ady Arie, Bercovici ve Frumkin'in yönteminin, içine sıvı polimerin enjekte edildiği dairesel bir kalıp, polimerin kendisi ve bir ultraviyole lamba gerektirdiğine dikkat çekti.
“Bunlar Hint köylerinde mevcut değil” dedi.SPO Precision Optics'in kurucusu ve Ar-Ge başkan yardımcısı Niv Adut ve şirketin baş bilimcisi Dr. Doron Sturlesi (her ikisi de Bercovici'nin çalışmasına aşinadır) tarafından dile getirilen bir başka konu da, öğütme işleminin plastik dökümlerle değiştirilmesinin lensi mevcut duruma uyarlamayı zorlaştıracağıdır. ihtiyaçlar.Onun insanları.
Berkoviç panik yapmadı."Eleştiri bilimin temel bir parçasıdır ve geçtiğimiz yıldaki hızlı gelişimimiz büyük ölçüde uzmanların bizi köşeye sıkıştırmasından kaynaklanıyor" dedi.Uzak bölgelerde üretim yapılabilirliği ile ilgili olarak şunları ekledi: “Geleneksel yöntemlerle cam üretmek için gereken altyapı çok büyük;fabrikalara, makinelere ve teknisyenlere ihtiyacınız var ve bizim sadece minimum altyapıya ihtiyacımız var.”
Bercovici laboratuvarında bize iki ultraviyole radyasyon lambası gösterdi: "Bu, Amazon'dan ve 4 dolar, diğeri AliExpress'ten ve 1,70 dolar.Onlara sahip değilseniz, her zaman Sunshine'ı kullanabilirsiniz” diye açıkladı.Peki ya polimerler?250 ml'lik bir şişe Amazon'da 16 dolara satılıyor.Ortalama lens 5 ila 10 ml gerektirir, bu nedenle polimerin maliyeti de gerçek bir faktör değildir.”
Eleştirmenlerin iddia ettiği gibi yönteminin her lens numarası için benzersiz kalıpların kullanılmasını gerektirmediğini vurguladı.Her lens numarası için basit bir kalıp uygun olduğunu açıkladı: "Fark, enjekte edilen polimer miktarıdır ve camlar için bir silindir yapmak için gereken tek şey kalıbı biraz germek."
Bercovici, sürecin tek pahalı kısmının tam olarak gereken lens sayısına göre yapılması gereken polimer enjeksiyonunun otomasyonu olduğunu söyledi.
Bercovici, "Hayalimiz, ülkede en az kaynakla bir etki yaratmak" dedi.Fakir köylere ucuz bardaklar getirilebilmesine rağmen -bu tamamlanmamış olsa da- planı çok daha büyüktür.“Tıpkı o ünlü atasözü gibi, onlara balık vermek istemiyorum, balık tutmayı öğretmek istiyorum.Bu sayede insanlar kendi gözlüklerini yapabilecekler” dedi.“Başarılı olacak mı?Cevabı ancak zaman verecek.”
Bercovici ve Frumkin, bu süreci yaklaşık altı ay önce Cambridge Üniversitesi tarafından yayınlanan akışkanlar mekaniği uygulamaları dergisi Flow'un ilk baskısında yer alan bir makalede anlattılar.Ancak ekip, basit optik lenslerde kalmaya niyetli değil.Birkaç hafta önce Optica dergisinde yayınlanan bir başka makale, serbest biçimli optikler alanında karmaşık optik bileşenlerin üretimi için yeni bir yöntemi tanımladı.Bu optik bileşenler ne dışbükey ne de içbükeydir, ancak topografik bir yüzeye kalıplanır ve istenen etkiyi elde etmek için ışık farklı alanların yüzeyine ışınlanır.Bu bileşenler çok odaklı gözlüklerde, pilot kasklarında, gelişmiş projektör sistemlerinde, sanal ve artırılmış gerçeklik sistemlerinde ve diğer yerlerde bulunabilir.
Sürdürülebilir yöntemler kullanarak serbest biçimli bileşenlerin üretimi karmaşık ve pahalıdır çünkü yüzey alanlarını öğütmek ve cilalamak zordur.Bu nedenle, bu bileşenlerin şu anda sınırlı kullanımları vardır.Bercovici, "Bu tür yüzeylerin olası kullanımları hakkında akademik yayınlar yapıldı, ancak bu henüz pratik uygulamalara yansımadı" dedi.Bu yeni yazıda, Elgarisi liderliğindeki laboratuvar ekibi, çerçevenin formunu kontrol ederek polimer sıvı enjekte edildiğinde oluşturulan yüzey formunun nasıl kontrol edileceğini gösterdi.Çerçeve, bir 3D yazıcı kullanılarak oluşturulabilir.Bercovici, "Artık bir şeyleri paspas kovasıyla yapmıyoruz, ama yine de çok basit," dedi.
Laboratuarda araştırma mühendisi olan Omer Luria, bu yeni teknolojinin benzersiz araziye sahip özellikle pürüzsüz lensleri hızla üretebileceğine dikkat çekti."Karmaşık optik bileşenlerin maliyetini ve üretim süresini önemli ölçüde azaltabileceğini umuyoruz" dedi.
Profesör Arie, Optica'nın editörlerinden biridir, ancak makalenin incelemesine katılmamıştır.Ali araştırma hakkında "Bu çok iyi bir iş" dedi."Asferik optik yüzeyler üretmek için mevcut yöntemler kalıpları veya 3D baskıyı kullanır, ancak her iki yöntem de makul bir zaman çerçevesi içinde yeterince pürüzsüz ve geniş yüzeyler oluşturmak zordur."Arie, yeni yöntemin, biçimsel bileşenlerin özgürlük prototipini yaratmaya yardımcı olacağına inanıyor."Çok sayıda parçanın endüstriyel üretimi için kalıp hazırlamak en iyisidir, ancak yeni fikirleri hızlı bir şekilde test etmek için bu ilginç ve zarif bir yöntemdir" dedi.
SPO, serbest biçimli yüzeyler alanında İsrail'in önde gelen şirketlerinden biridir.Adut ve Sturlesi'ye göre, yeni yöntemin avantajları ve dezavantajları var.Plastik kullanımının olasılıkları sınırladığını çünkü aşırı sıcaklıklarda dayanıklı olmadıklarını ve tüm renk yelpazesinde yeterli kaliteyi elde etme yeteneklerinin sınırlı olduğunu söylüyorlar.Avantajlara gelince, teknolojinin tüm cep telefonlarında kullanılan karmaşık plastik lenslerin üretim maliyetini önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip olduğuna dikkat çektiler.
Adut ve Sturlesi, geleneksel üretim yöntemleriyle, plastik lenslerin çapının sınırlı olduğunu, çünkü ne kadar büyüklerse o kadar az hassas olduklarını da sözlerine ekledi.Bercovici'nin yöntemine göre, sıvı içinde lens üretmenin, küresel lensler veya serbest biçimli lensler alanında çok güçlü optik bileşenler oluşturabilen bozulmayı önleyebileceğini söylediler.
Technion ekibinin en beklenmedik projesi, büyük bir lens üretmeyi seçmekti.Burada her şey tesadüfi bir konuşma ve saf bir soru ile başladı.Berkoviç, “Her şey insanlarla ilgili” dedi.Berkoviç'e sorduğunda, NASA araştırma bilimcisi Dr. Edward Baraban'a projesini Stanford Üniversitesi'nde bildiğini ve onu Stanford Üniversitesi'nde tanıdığını söylüyordu: "
Berkoviç, “Çılgınca bir fikir gibi geldi” diye hatırlıyor, “ama zihnime derinden kazınmıştı.”Laboratuvar testi başarıyla tamamlandıktan sonra İsrailli araştırmacılar, yöntemin uzayda da aynı şekilde çalıştığını fark ettiler.Sonuçta, yüzer sıvılara ihtiyaç duymadan orada mikro yerçekimi koşullarını elde edebilirsiniz."Edward'ı aradım ve ona işe yaradığını söyledim!"
Uzay teleskopları, atmosferik veya ışık kirliliğinden etkilenmedikleri için yer tabanlı teleskoplara göre büyük avantajlara sahiptir.Uzay teleskoplarının geliştirilmesindeki en büyük sorun, boyutlarının fırlatıcının boyutuyla sınırlı olmasıdır.Dünyada, teleskoplar şu anda 40 metreye kadar bir çapa sahiptir.Hubble Uzay Teleskobu'nun 2,4 metre çapında bir aynası varken, James Webb Teleskobu'nun 6,5 metre çapında bir aynası var - bilim adamlarının bu başarıya ulaşması 25 yıl aldı ve 9 milyar ABD dolarına mal oldu. Teleskopu katlanmış bir konumda fırlatabilen ve daha sonra otomatik olarak uzayda açabilen geliştirildi.
Öte yandan, Liquid zaten "katlanmış" bir durumdadır.Örneğin, vericiyi sıvı metal ile doldurabilir, bir enjeksiyon mekanizması ve genleşme halkası ekleyebilir ve ardından uzayda bir ayna yapabilirsiniz.Berkoviç, "Bu bir yanılsama," diye itiraf etti.Annem bana 'Ne zaman hazır olacaksın?Ona, 'Belki 20 yıl sonra' dedim.Bekleyecek zamanı olmadığını söyledi.”
Bu rüyanın gerçekleşmesi uzay araştırmalarının geleceğini değiştirebilir.Bugün Berkovic, insanların güneş sistemi dışındaki ötegezegenleri-gezegenleri doğrudan gözlemleme yeteneğine sahip olmadığına, çünkü bunu yapabilmek için mevcut teleskoplardan 10 kat daha büyük bir Dünya teleskopu gerektirdiğine ve bunun mevcut teknolojiyle tamamen imkansız olduğuna dikkat çekti.
Öte yandan Bercovici, şu anda SpaceX'in en büyük uzay fırlatıcısı olan Falcon Heavy'nin 20 metreküp sıvı taşıyabildiğini de sözlerine ekledi.Teoride Falcon Heavy'nin bir sıvıyı yörüngesel bir noktaya fırlatmak için kullanılabileceğini ve sıvının 75 metre çapında bir ayna yapmak için kullanılabileceğini açıkladı - yüzey alanı ve toplanan ışık, ikincisinden 100 kat daha büyük olurdu. .James Webb teleskopu.
Bu bir rüya ve gerçekleşmesi uzun zaman alacak.Ancak NASA bunu ciddiye alıyor.Balaban liderliğindeki NASA'nın Ames Araştırma Merkezi'nden mühendis ve bilim adamlarından oluşan bir ekiple birlikte, teknoloji ilk kez deneniyor.
Aralık ayı sonlarında, Bercovici laboratuvar ekibi tarafından geliştirilen bir sistem, astronotların uzayda lens üretmelerini ve iyileştirmelerini sağlamak için bir dizi deneyin gerçekleştirileceği Uluslararası Uzay İstasyonu'na gönderilecek.Bundan önce, herhangi bir yüzer sıvıya ihtiyaç duymadan mikro yerçekimi altında yüksek kaliteli lensler üretmenin fizibilitesini test etmek için bu hafta sonu Florida'da deneyler yapılacak.
Akışkan Teleskopu Deneyi (FLUTE) yerçekimi azaltılmış bir uçakta gerçekleştirildi - bu uçağın tüm koltukları astronotları eğitmek ve filmlerde sıfır yerçekimi sahneleri çekmek için kaldırıldı.Bir antiparabol şeklinde manevra yaparak, uçakta kısa bir süre için yükselen ve daha sonra serbest bir şekilde düşen mikro yerçekimi koşulları yaratılır.Berkoviç gülümseyerek, "Buna haklı olarak 'kusmuk kuyruklu yıldız' deniyor," dedi.Serbest düşüş, uçağın yerçekiminin sıfıra yakın olduğu yaklaşık 20 saniye sürer.Bu süre zarfında araştırmacılar, sıvı bir mercek yapmaya çalışacak ve merceğin kalitesinin yeterince iyi olduğunu kanıtlamak için ölçümler yapacak, ardından düzlem düzleşecek, yerçekimi tamamen geri yüklenecek ve mercek bir su birikintisi haline gelecektir.
Deney, Perşembe ve Cuma günleri, her biri 30 parabol ile iki uçuş için planlandı.Bercovici ve Elgarisi ve Luria dahil laboratuvar ekibinin çoğu üyesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Frumkin hazır bulunacak.
Technion laboratuvarını ziyaretim sırasında heyecan çok büyüktü.Zeminde 60 adet kendi kendine yapılan deneyler için küçük kitler içeren 60 karton kutu vardır.Luria, lens performansını ölçmek için geliştirdiği bilgisayarlı deney sisteminde son ve son dakika iyileştirmeleri yapıyor.
Aynı zamanda ekip, kritik anlardan önce zamanlama çalışmaları yapıyor.Bir takım orada bir kronometre ile durdu ve diğerlerinin atış yapmak için 20 saniyesi vardı.Uçağın kendisinde, özellikle artan yerçekimi altında birkaç serbest düşüş ve yukarı kaldırmadan sonra koşullar daha da kötü olacaktır.
Heyecanlı olan sadece Technion ekibi değil.NASA'nın Flüt Deneyi'nin baş araştırmacısı Baraban, Haaretz'e şunları söyledi: “Akışkan şekillendirme yöntemi, onlarca, hatta yüzlerce metre açıklıklara sahip güçlü uzay teleskoplarıyla sonuçlanabilir.Örneğin, bu tür teleskoplar diğer yıldızların çevresini doğrudan gözlemleyebilir.Gezegen, atmosferinin yüksek çözünürlüklü analizini kolaylaştırır ve hatta büyük ölçekli yüzey özelliklerini tanımlayabilir.Bu yöntem aynı zamanda enerji hasadı ve iletimi için yüksek kaliteli optik bileşenler, bilimsel aletler ve tıbbi ekipman Uzay üretimi gibi diğer uzay uygulamalarına da yol açabilir ve böylece ortaya çıkan uzay ekonomisinde önemli bir rol oynar.”
Uçağa binmeden ve hayatının macerasına atılmadan kısa süre önce Berkoviç şaşkınlıkla bir an durakladı."Kendime bunu neden daha önce kimsenin düşünmediğini sorup duruyorum" dedi.“Ne zaman bir konferansa gitsem, birinin ayağa kalkıp bunu 60 yıl önce bazı Rus araştırmacıların yaptığını söylemesinden korkuyorum.Sonuçta bu çok basit bir yöntem.”
Gönderim zamanı: Aralık-21-2021