Prof Moran Bercovici lan Dr. Valeri Frumkin wis ngembangaken teknologi mirah kanggo manufaktur lensa optik, lan iku bisa kanggo gawé kaca tingal kanggo akeh negara berkembang ngendi spectacles ora kasedhiya.Saiki, NASA ujar manawa bisa digunakake kanggo nggawe teleskop ruang angkasa
Ilmu biasane maju kanthi langkah-langkah cilik.A Piece cilik saka informasi ditambahake kanggo saben eksperimen anyar.Arang banget yen gagasan prasaja sing katon ing otak ilmuwan nyebabake terobosan gedhe tanpa nggunakake teknologi apa wae.Nanging iki kedadeyan karo rong insinyur Israel sing ngembangake cara anyar kanggo nggawe lensa optik.
Sistem kasebut prasaja, murah lan akurat, lan bisa nduwe pengaruh gedhe nganti sapratelo saka populasi donya.Iki uga bisa ngganti pasuryan riset antariksa.Kanggo ngrancang, peneliti mung mbutuhake papan putih, spidol, penghapus lan rejeki sethithik.
Profesor Moran Bercovici lan Dr. Valeri Frumkin saka Departemen Teknik Mesin Institut Teknologi Technion-Israel ing Haifa spesialisasi ing mekanika fluida, dudu optik.Nanging setaun setengah kepungkur, ing World Laureate Forum ing Shanghai, Berkovic kelakon lungguh karo David Ziberman, ahli ekonomi Israel.
Zilberman minangka pemenang Hadiah Wolf, lan saiki ing Universitas California, Berkeley, dheweke ngomong babagan riset ing negara berkembang.Bercovici nggambarake eksperimen cairan kasebut.Banjur Ziberman takon pitakonan prasaja: "Apa sampeyan bisa nggunakake iki kanggo nggawe kaca tingal?"
"Yen sampeyan mikir babagan negara berkembang, sampeyan biasane mikir babagan malaria, perang, keluwen," ujare Berkovic."Nanging Ziberman ujar manawa aku ora ngerti - 2,5 milyar wong ing saindenging jagad butuh kacamata nanging ora bisa entuk.Iki nomer sing nggumunake.
Bercovici bali menyang omah lan nemokake manawa laporan saka Forum Ekonomi Dunia dikonfirmasi nomer kasebut.Senajan mung biaya sawetara dolar kanggo nggawe sepasang kaca tingal prasaja, kaca tingal mirah ora diprodhuksi utawa didol ing paling bagéan donya.
Dampake gedhe banget, wiwit saka bocah-bocah sing ora bisa ndeleng papan tulis ing sekolah nganti wong diwasa sing pandelenge saya rusak nganti ilang pekerjaan.Saliyane ngrusak kualitas urip wong, biaya ekonomi global dikira-kira nganti US $ 3 triliun saben taun.
Sawise obrolan, Berkovic ora bisa turu ing wayah wengi.Nalika tekan Technion, dheweke ngrembug masalah iki karo Frumkin, sing dadi peneliti postdoctoral ing laboratorium nalika iku.
"Kita nggambar tembakan ing papan tulis lan ndeleng," dheweke kelingan."Kita ngerti kanthi naluri manawa kita ora bisa nggawe bentuk iki kanthi teknologi kontrol cairan, lan kita pengin ngerti sebabe."
Wangun bunder minangka basis optik amarga lensa digawe saka lensa kasebut.Ing teori, Bercovici lan Frumkin ngerti yen dheweke bisa nggawe kubah bunder saka polimer (cairan sing wis solid) kanggo nggawe lensa.Nanging cairan mung bisa tetep bunder ing volume cilik.Nalika padha luwih gedhe, gravitasi bakal squash menyang puddles.
"Dadi sing kudu ditindakake yaiku nyingkirake gravitasi," ujare Bercovici.Lan iki persis apa sing ditindakake lan Frumkin.Sawise nyinaoni papan tulis kasebut, Frumkin nggawe ide sing gampang banget, nanging ora jelas kenapa ora ana sing mikir sadurunge - yen lensa diselehake ing kamar cair, efek gravitasi bisa diilangi.Sampeyan mung kudu nggawe manawa cairan ing kamar kasebut (disebut cairan apung) nduweni kapadhetan sing padha karo polimer sing digawe lensa, banjur polimer bakal ngambang.
Liyane sing penting yaiku nggunakake rong cairan sing ora bisa dicampur, sing tegese ora bakal dicampur, kayata lenga lan banyu."Umume polimer luwih kaya lenga, mula cairan apung 'singular' yaiku banyu," ujare Bercovici.
Nanging amarga banyu nduweni kapadhetan luwih murah tinimbang polimer, kapadhetane kudu ditambah sethithik supaya polimer kasebut ngambang.Kanggo tujuan iki, peneliti uga nggunakake bahan sing kurang eksotis - uyah, gula utawa gliserin.Bercovici ujar manawa komponen pungkasan saka proses kasebut yaiku pigura kaku sing disuntikake polimer supaya bisa dikontrol.
Nalika polimer tekan wangun pungkasan, diobati nggunakake radiasi ultraviolet lan dadi lensa padhet.Kanggo nggawe pigura, peneliti nggunakake pipa limbah sing prasaja, dipotong dadi cincin, utawa piring petri sing dipotong saka ngisor."Sapa wae bocah bisa nggawe ing omah, lan anak-anakku lan aku nggawe sawetara ing omah," ujare Bercovici."Sajrone pirang-pirang taun, kita wis nindakake akeh perkara ing laboratorium, sawetara sing rumit banget, nanging ora ana keraguan manawa iki minangka sing paling gampang lan paling gampang sing wis ditindakake.Mungkin sing paling penting."
Frumkin nggawe tembakan pisanan ing dina sing padha mikir babagan solusi kasebut."Dheweke ngirim foto ing WhatsApp," kelingan Berkovic."Ing retrospect, iki lensa cilik banget lan ala, nanging kita seneng banget."Frumkin terus sinau penemuan anyar iki.“Persamaan nuduhake yen sampeyan mbusak gravitasi, iku ora Matter apa pigura siji centimeter utawa siji kilometer;gumantung saka jumlah materi, sampeyan bakal entuk wangun sing padha."
Peneliti loro kasebut nerusake eksperimen karo bahan rahasia generasi kapindho, ember pel, lan digunakake kanggo nggawe lensa kanthi diameter 20 cm sing cocok kanggo teleskop.Biaya lensa mundhak sacara eksponensial kanthi diameter, nanging kanthi cara anyar iki, preduli saka ukuran, sampeyan mung butuh polimer murah, banyu, uyah (utawa gliserin), lan cetakan cincin.
Dhaptar bahan kasebut nandhani owah-owahan gedhe ing metode manufaktur lensa tradisional sing meh ora owah sajrone 300 taun.Ing tahap awal proses tradisional, piring kaca utawa plastik digiling sacara mekanik.Contone, nalika nggawe lensa tontonan, kira-kira 80% saka materi boroske.Nggunakake metode sing dirancang dening Bercovici lan Frumkin, tinimbang nggiling bahan padhet, cairan disuntikake menyang pigura, supaya lensa bisa diprodhuksi kanthi proses tanpa sampah.Cara iki uga ora mbutuhake polishing, amarga tension lumahing adi bisa njamin lumahing banget Gamelan.
Haaretz ngunjungi laboratorium Technion, ing ngendi mahasiswa doktoral Mor Elgarisi nduduhake proses kasebut.Dheweke nyuntikake polimer menyang cincin ing kamar cair cilik, disinari nganggo lampu UV, lan menehi sarung tangan bedah rong menit mengko.Aku kanthi ati-ati nyelupake tanganku ing banyu lan narik lensa kasebut."Iki, pangolahan wis rampung," bengoke Berkovic.
Lensa pancen mulus nalika disentuh.Iki ora mung perasaan subyektif: Bercovici ujar manawa sanajan tanpa polishing, kekasaran permukaan lensa sing digawe nggunakake metode polimer kurang saka siji nanometer (sepermilyar meter)."Kekuwatan alam nggawe kuwalitas sing luar biasa dhewe, lan dheweke bebas," ujare.Beda, kaca optik dipoles nganti 100 nanometer, dene pangilon saka Teleskop Luar Angkasa James Webb unggulan NASA dipoles nganti 20 nanometer.
Nanging ora saben wong percaya yen cara sing elegan iki bakal dadi penyelamat milyaran wong ing saindenging jagad.Profesor Ady Arie saka Sekolah Teknik Elektro Universitas Tel Aviv nedahake manawa metode Bercovici lan Frumkin mbutuhake cetakan bunder sing disuntikake polimer cair, polimer dhewe lan lampu ultraviolet.
"Iki ora kasedhiya ing desa India," ujare.Masalah liyane sing ditimbulake dening pangadeg SPO Precision Optics lan wakil presiden R&D Niv Adut lan pangareping ilmuwan perusahaan Dr Doron Sturlesi (loro-lorone kenal karo karya Bercovici) yaiku ngganti proses penggilingan nganggo casting plastik bakal angel adaptasi lensa menyang kabutuhan.rakyate.
Berkovic ora gupuh."Kritik minangka bagean dhasar saka ilmu pengetahuan, lan pangembangan kanthi cepet sajrone taun kepungkur amarga para ahli nyurung kita menyang pojok," ujare.Babagan kelayakan manufaktur ing wilayah sing adoh, dheweke nambahake: "Infrastruktur sing dibutuhake kanggo nggawe kaca tingal nggunakake cara tradisional gedhe banget;sampeyan butuh pabrik, mesin, lan teknisi, lan kita mung butuh infrastruktur minimal.
Bercovici nuduhake loro lampu radiasi ultraviolet ing laboratorium: "Iki saka Amazon lan regane $4, lan liyane saka AliExpress lan regane $1.70.Yen sampeyan ora duwe, sampeyan bisa nggunakake Sunshine, ”jlentrehe.Apa babagan polimer?"Botol 250-ml adol $ 16 ing Amazon.Lensa rata-rata mbutuhake 5 nganti 10 ml, mula biaya polimer uga dudu faktor nyata.
Dheweke negesake manawa metode kasebut ora mbutuhake cetakan unik kanggo saben nomer lensa, kaya sing diklaim para kritikus.Cetakan sing prasaja cocog kanggo saben nomer lensa, dheweke nerangake: "Bentene yaiku jumlah polimer sing disuntikake, lan kanggo nggawe silinder kanggo kaca tingal, kabeh sing dibutuhake yaiku ngencengi cetakan sethithik."
Bercovici ujar manawa mung bagean sing larang saka proses kasebut yaiku otomatisasi injeksi polimer, sing kudu ditindakake kanthi tepat miturut jumlah lensa sing dibutuhake.
"Impen kita yaiku nduwe pengaruh ing negara kanthi sumber daya paling sithik," ujare Bercovici.Senajan kacamata murah bisa digawa menyang desa-desa miskin-senajan iki durung rampung-rencanane luwih gedhe.“Kaya paribasan sing kondhang kuwi, aku ora gelem diwènèhi iwak, arep diwulangi mancing.Kanthi cara iki, wong bakal bisa nggawe kaca tingal dhewe, "ujare.“Apa bakal kasil?Mung wektu sing bakal menehi jawaban."
Bercovici lan Frumkin njlèntrèhaké proses iki ing artikel babagan nem sasi kepungkur ing edisi pisanan Flow, jurnal aplikasi mekanika fluida sing diterbitake dening Universitas Cambridge.Nanging tim ora arep tetep ing lensa optik prasaja.Makalah liyane sing diterbitake ing majalah Optica sawetara minggu kepungkur nerangake cara anyar kanggo nggawe komponen optik kompleks ing bidang optik bentuk bebas.Komponen optik iki ora cembung utawa cekung, nanging dicetak dadi permukaan topografi, lan cahya disinari menyang permukaan wilayah sing beda kanggo entuk efek sing dikarepake.Komponen kasebut bisa ditemokake ing kaca tingal multifokal, helm pilot, sistem proyektor canggih, sistem virtual lan augmented reality, lan panggonan liyane.
Manufaktur komponen free-form nggunakake cara sustainable rumit lan larang amarga iku angel kanggo grind lan polishing area lumahing.Mulane, komponen kasebut saiki duwe panggunaan sing winates."Ana publikasi akademik babagan panggunaan permukaan kasebut, nanging iki durung ditampilake ing aplikasi praktis," ujare Bercovici.Ing makalah anyar iki, tim laboratorium sing dipimpin dening Elgarisi nuduhake carane ngontrol wangun permukaan sing digawe nalika cairan polimer disuntikake kanthi ngontrol wangun pigura.Pigura bisa digawe nggunakake printer 3D."Kita ora nindakake samubarang kanthi ember pel maneh, nanging isih gampang banget," ujare Bercovici.
Omer Luria, insinyur riset ing laboratorium, nedahake manawa teknologi anyar iki bisa kanthi cepet ngasilake lensa sing lancar kanthi medan sing unik."Muga-muga bisa nyuda biaya lan wektu produksi komponen optik kompleks," ujare.
Profesor Arie minangka salah sawijining editor Optica, nanging ora melu review artikel kasebut."Iki minangka proyek sing apik banget," ujare Ali babagan riset kasebut."Kanggo ngasilaké lumahing optik aspheric, cara saiki nggunakake cetakan utawa printing 3D, nanging loro cara angel kanggo nggawe lumahing cekap Gamelan lan gedhe ing pigura wektu cukup."Arie percaya yen cara anyar bakal mbantu nggawe Prototipe kebebasan komponen formal."Kanggo produksi industri akeh bagean, paling apik kanggo nyiyapake cetakan, nanging supaya cepet nyoba gagasan anyar, iki minangka cara sing menarik lan elegan," ujare.
SPO minangka salah sawijining perusahaan terkemuka ing Israel ing bidang permukaan gratis.Miturut Adut lan Sturlesi, cara anyar iki nduweni kaluwihan lan kekurangan.Dheweke ujar manawa panggunaan plastik mbatesi kemungkinan amarga ora awet ing suhu sing ekstrem lan kemampuan kanggo entuk kualitas sing cukup ing kabeh macem-macem warna diwatesi.Minangka kanggo kaluwihan, padha nuding metu sing teknologi wis potensial kanggo Ngartekno nyuda biaya produksi lensa plastik Komplek, kang digunakake ing kabeh telpon seluler.
Adut lan Sturlesi nambahake yen kanthi cara manufaktur tradisional, diameter lensa plastik diwatesi amarga luwih gedhe, kurang akurat.Dheweke ujar manawa, miturut metode Bercovici, lensa manufaktur ing cairan bisa nyegah distorsi, sing bisa nggawe komponen optik sing kuat banget-apa ing bidang lensa bola utawa lensa bentuk bebas.
Proyek sing paling ora dikarepke saka tim Technion yaiku milih nggawe lensa gedhe.Ing kene, kabeh diwiwiti kanthi obrolan sing ora sengaja lan pitakonan sing naif."Iku kabeh babagan wong," ujare Berkovic.Nalika takon Berkovic, dheweke ngandhani Dr. Edward Baraban, ilmuwan riset NASA, yen dheweke ngerti proyeke ing Universitas Stanford, lan dheweke ngerti dheweke ing Universitas Stanford: "Sampeyan mikir sampeyan bisa nggawe lensa kasebut kanggo teleskop ruang angkasa. ?”
"Iki kaya ide sing edan," ujare Berkovic, "nanging wis dicantumake ing pikiranku."Sawise tes laboratorium kasil rampung, peneliti Israel temen maujud sing cara bisa digunakake ing Kerjane cara sing padha ing papan.Sawise kabeh, sampeyan bisa entuk kondisi microgravity ing kono tanpa mbutuhake cairan sing nyenengake."Aku nelpon Edward lan dakkandhani, kerjane!"
Teleskop antariksa nduweni kaluwihan gedhe tinimbang teleskop adhedhasar lemah amarga ora kena pengaruh polusi atmosfer utawa cahya.Masalah paling gedhe babagan pangembangan teleskop ruang angkasa yaiku ukurane diwatesi karo ukuran peluncur.Ing Bumi, teleskop saiki duwe diameter nganti 40 meter.Teleskop Angkasa Hubble nduweni pangilon kanthi diameter 2,4 meter, dene Teleskop James Webb nduweni pangilon diameter 6,5 meter - butuh 25 taun kanggo para ilmuwan kanggo nggayuh prestasi iki, kanthi biaya 9 milyar dolar AS, sebagian amarga sistem A kudu dikembangake sing bisa mbukak teleskop ing posisi lempitan lan banjur mbukak kanthi otomatis ing papan.
Ing sisih liya, Cairan wis ana ing kahanan "lipat".Contone, sampeyan bisa ngisi pemancar kanthi logam cair, nambah mekanisme injeksi lan dering ekspansi, banjur nggawe pangilon ing papan."Iki minangka ilusi," Berkovic ngakoni."Ibuku takon, 'Kapan sampeyan siap?Aku kandha marang dheweke, 'Mungkin udakara 20 taun.Dheweke kandha yen dheweke ora duwe wektu kanggo ngenteni.
Yen impen iki dadi nyata, bisa uga ngganti masa depan riset ruang angkasa.Dina iki, Berkovic nedahake manawa manungsa ora nduweni kemampuan kanggo langsung mirsani exoplanet-planet ing njaba tata surya, amarga nindakake iku mbutuhake teleskop Bumi 10 kaping luwih gedhe tinimbang teleskop sing wis ana-sing pancen mokal karo teknologi sing ana.
Ing sisih liya, Bercovici nambahake manawa Falcon Heavy, saiki dadi peluncur ruang paling gedhe SpaceX, bisa nggawa cairan 20 meter kubik.Dheweke nerangake yen ing teori, Falcon Heavy bisa digunakake kanggo ngetokake cairan menyang titik orbit, ing ngendi cairan kasebut bisa digunakake kanggo nggawe pangilon kanthi diameter 75 meter-luas permukaan lan cahya sing dikumpulake bakal 100 kali luwih gedhe tinimbang sing terakhir. .Teleskop James Webb.
Iki ngimpi, lan bakal njupuk wektu suwe kanggo mujudake.Nanging NASA nindakake kanthi serius.Bebarengan karo tim insinyur lan ilmuwan saka Pusat Riset Ames NASA, dipimpin dening Balaban, teknologi kasebut dicoba kanggo pisanan.
Ing pungkasan Desember, sistem sing dikembangake dening tim laboratorium Bercovici bakal dikirim menyang Stasiun Luar Angkasa Internasional, ing ngendi sawetara eksperimen bakal ditindakake supaya para astronot bisa nggawe lan ngobati lensa ing angkasa.Sadurunge, eksperimen bakal ditindakake ing Florida akhir minggu iki kanggo nguji kelayakan ngasilake lensa kanthi kualitas dhuwur ing microgravity tanpa mbutuhake cairan sing apik.
Eksperimen Fluid Telescope (FLUTE) ditindakake ing pesawat gravitasi suda-kabeh kursi pesawat iki dicopot kanggo latihan astronot lan njupuk adegan gravitasi nol ing film.Kanthi maneuver ing wangun antiparabola-munggah lan banjur Mudhun free-microgravity kahanan digawe ing pesawat kanggo wektu cendhak."Iki diarani 'vomit comet' kanggo alasan sing apik," ujare Berkovic karo mesem.Musim gugur gratis kira-kira 20 detik, ing endi gravitasi pesawat kasebut cedhak karo nol.Sajrone periode kasebut, peneliti bakal nyoba nggawe lensa cair lan nggawe pangukuran kanggo mbuktekake manawa kualitas lensa kasebut cukup apik, banjur pesawat dadi lurus, gravitasi dibalekake kanthi lengkap, lan lensa dadi genangan.
Eksperimen kasebut dijadwalake kanggo rong penerbangan ing Kamis lan Jumuah, saben nganggo 30 parabola.Bercovici lan umume anggota tim laboratorium, kalebu Elgarisi lan Luria, lan Frumkin saka Institut Teknologi Massachusetts bakal ana.
Sajrone kunjungan menyang laboratorium Technion, rasa seneng banget.Ana 60 kothak karton ing lantai, sing ngemot 60 kit cilik sing digawe dhewe kanggo eksperimen.Luria nggawe dandan pungkasan lan pungkasan kanggo sistem eksperimen komputerisasi sing dikembangake kanggo ngukur kinerja lensa.
Ing wektu sing padha, tim kasebut nganakake latihan wektu sadurunge wektu kritis.Siji tim ngadeg ing kono kanthi stopwatch, lan liyane duwe 20 detik kanggo nggawe tembakan.Ing pesawat kasebut, kahanan bakal luwih elek, utamane sawise sawetara kejatuhan gratis lan angkat munggah kanthi gravitasi sing tambah.
Ora mung tim Technion sing seneng banget.Baraban, peneliti utama Eksperimen Seruling NASA, ngandhani Haaretz, "Metode mbentuk cairan bisa nyebabake teleskop ruang angkasa sing kuat kanthi aperture puluhan utawa malah atusan meter.Contone, teleskop kuwi bisa langsung mirsani sakcedhake lintang liyane.Planet, nggampangake analisis resolusi dhuwur saka atmosfer, lan bisa uga ngenali fitur lumahing gedhe-gedhe.Cara iki bisa uga nyebabake aplikasi ruang angkasa liyane, kayata komponen optik sing berkualitas tinggi kanggo panen lan transmisi energi, instrumen ilmiah, lan peralatan medis Manufaktur ruang angkasa - mula nduwe peran penting ing ekonomi ruang angkasa sing berkembang.
Sakcepete sadurunge munggah pesawat lan miwiti petualangan urip, Berkovic ngaso sedhela amarga kaget."Aku terus takon kenapa ora ana sing mikir babagan iki sadurunge," ujare."Saben aku lunga menyang konferensi, aku wedi yen ana wong sing ngadeg lan ujar manawa sawetara peneliti Rusia nindakake iki 60 taun kepungkur.Sawise kabeh, iku cara sing prasaja.
Wektu kirim: Dec-21-2021