Prof. Moran Bercovici na Dk. Valeri Frumkin wameunda teknolojia ya bei nafuu ya kutengeneza lenzi za macho, na inawezekana kutoa miwani kwa nchi nyingi zinazoendelea ambapo miwani haipatikani.Sasa, NASA inasema inaweza kutumika kutengeneza darubini za anga
Sayansi kawaida huendelea kwa hatua ndogo.Kipande kidogo cha habari huongezwa kwa kila jaribio jipya.Ni nadra kwamba wazo rahisi ambalo linaonekana katika ubongo wa mwanasayansi husababisha mafanikio makubwa bila kutumia teknolojia yoyote.Lakini ndivyo ilivyotokea kwa wahandisi wawili wa Israeli ambao walibuni mbinu mpya ya kutengeneza lenzi za macho.
Mfumo huu ni rahisi, nafuu na sahihi, na unaweza kuwa na athari kubwa kwa hadi theluthi moja ya idadi ya watu duniani.Inaweza pia kubadilisha uso wa utafiti wa anga.Ili kuitengeneza, watafiti wanahitaji tu ubao mweupe, alama, kifutio na bahati kidogo.
Profesa Moran Bercovici na Dkt. Valeri Frumkin kutoka Idara ya Uhandisi Mitambo ya Taasisi ya Teknolojia ya Technion-Israel huko Haifa wanabobea katika ufundi wa ugiligili, si macho.Lakini mwaka mmoja na nusu uliopita, katika Kongamano la Washindi wa Dunia huko Shanghai, Berkovic alikaa na David Ziberman, mwanauchumi wa Israel.
Zilberman ni mshindi wa Tuzo ya Wolf, na sasa katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, alizungumza kuhusu utafiti wake katika nchi zinazoendelea.Bercovic alielezea jaribio lake la maji.Kisha Ziberman akauliza swali rahisi: "Je, unaweza kutumia hii kutengeneza miwani?"
"Unapofikiria nchi zinazoendelea, kwa kawaida unafikiria malaria, vita, njaa," Berkovic alisema."Lakini Ziberman alisema kitu ambacho sijui kabisa- watu bilioni 2.5 duniani wanahitaji miwani lakini hawawezi kuipata.Hii ni nambari ya kushangaza."
Bercovici alirudi nyumbani na akagundua kuwa ripoti kutoka kwa Jukwaa la Uchumi Duniani ilithibitisha idadi hii.Ingawa inagharimu dola chache tu kutengeneza miwani rahisi, miwani ya bei nafuu haitengenezwi wala kuuzwa katika sehemu nyingi za dunia.
Athari ni kubwa, kuanzia watoto ambao hawawezi kuona ubao shuleni hadi watu wazima ambao macho yao huharibika kiasi cha kupoteza kazi zao.Mbali na kuathiri ubora wa maisha ya watu, gharama ya uchumi wa dunia inakadiriwa kuwa juu ya dola za Marekani trilioni 3 kwa mwaka.
Baada ya mazungumzo, Berkovic hakuweza kulala usiku.Alipofika Technion, alijadili suala hili na Frumkin, ambaye alikuwa mtafiti wa baada ya udaktari katika maabara yake wakati huo.
"Tulichora risasi kwenye ubao mweupe na kuitazama," alikumbuka."Tunajua kwa asili kwamba hatuwezi kuunda umbo hili kwa teknolojia yetu ya kudhibiti maji, na tunataka kujua ni kwa nini."
Umbo la spherical ni msingi wa optics kwa sababu lens imeundwa nao.Kwa nadharia, Bercovici na Frumkin walijua kwamba wanaweza kufanya dome ya pande zote kutoka kwa polima (kioevu ambacho kilikuwa kimeimarishwa) kutengeneza lenzi.Lakini vinywaji vinaweza tu kubaki spherical kwa viwango vidogo.Wakati zinapokuwa kubwa, mvuto utazibwaga kwenye madimbwi.
"Kwa hivyo tunachopaswa kufanya ni kuondokana na mvuto," Bercovici alielezea.Na hivi ndivyo yeye na Frumkin walifanya.Baada ya kusoma ubao wao mweupe, Frumkin alikuja na wazo rahisi sana, lakini haijulikani kwa nini hakuna mtu aliyefikiria kabla - ikiwa lensi imewekwa kwenye chumba cha kioevu, athari ya mvuto inaweza kuondolewa.Unachohitajika kufanya ni kuhakikisha kuwa kioevu kwenye chumba (kinachoitwa kioevu cha buoyant) kina wiani sawa na polima ambayo lensi hufanywa, na kisha polima itaelea.
Jambo lingine muhimu ni kutumia vimiminika viwili ambavyo havichangamani, maana yake havitachanganyikana, kama vile mafuta na maji."Polima nyingi ni kama mafuta, kwa hivyo kioevu chetu cha 'umoja' ni maji," Bercovici alisema.
Lakini kwa sababu maji yana msongamano wa chini kuliko polima, wiani wake lazima uongezwe kidogo ili polima ielee.Ili kufikia mwisho huu, watafiti pia walitumia vifaa vya chini vya kigeni-chumvi, sukari au glycerin.Bercovici alisema kuwa sehemu ya mwisho ya mchakato huo ni fremu ngumu ambayo polima hudungwa ili umbo lake liweze kudhibitiwa.
Wakati polima inapofikia fomu yake ya mwisho, inaponywa kwa kutumia mionzi ya ultraviolet na inakuwa lens imara.Ili kutengeneza sura, watafiti walitumia bomba rahisi la maji taka, kukatwa kwenye pete, au sahani ya petri iliyokatwa kutoka chini."Mtoto yeyote anaweza kuzitengeneza nyumbani, na binti zangu na mimi tulitengeneza nyumbani," Bercovici alisema.“Kwa miaka mingi, tumefanya mambo mengi katika maabara, ambayo mengine ni magumu sana, lakini hakuna shaka kwamba hili ni jambo rahisi na rahisi zaidi tulilofanya.Labda muhimu zaidi."
Frumkin aliunda risasi yake ya kwanza siku ile ile aliyofikiria suluhisho."Alinitumia picha kwenye WhatsApp," Berkovic alikumbuka."Kwa kuangalia nyuma, hii ilikuwa lenzi ndogo sana na mbaya, lakini tulifurahi sana."Frumkin aliendelea kusoma uvumbuzi huu mpya.“Mlinganyo unaonyesha kuwa ukiondoa mvuto, haijalishi fremu ni sentimita moja au kilomita moja;kulingana na kiasi cha nyenzo, utapata umbo sawa kila wakati.
Watafiti hao wawili waliendelea kufanya majaribio ya kiungo cha siri cha kizazi cha pili, ndoo ya mop, na kuitumia kuunda lenzi yenye kipenyo cha cm 20 ambayo inafaa kwa darubini.Gharama ya lens huongezeka kwa kasi na kipenyo, lakini kwa njia hii mpya, bila kujali ukubwa, unahitaji wote ni polima nafuu, maji, chumvi (au glycerini), na mold ya pete.
Orodha ya viambatanisho inaashiria mabadiliko makubwa katika njia za utengenezaji wa lenzi za kitamaduni ambazo zimebaki bila kubadilika kwa miaka 300.Katika hatua ya awali ya mchakato wa jadi, kioo au sahani ya plastiki ni mechanically chini.Kwa mfano, wakati wa kutengeneza lensi za miwani, karibu 80% ya nyenzo hupotea.Kutumia njia iliyoundwa na Bercovici na Frumkin, badala ya kusaga vifaa vikali, kioevu huingizwa kwenye sura, ili lens iweze kutengenezwa kwa mchakato usio na taka kabisa.Njia hii pia hauhitaji polishing, kwa sababu mvutano wa uso wa maji unaweza kuhakikisha uso laini sana.
Haaretz alitembelea maabara ya Technion, ambapo mwanafunzi wa udaktari Mor Elgarisi alionyesha mchakato huo.Aliingiza polima ndani ya pete kwenye chemba ndogo ya kioevu, akaiwasha kwa taa ya UV, na kunipa jozi ya glavu za upasuaji dakika mbili baadaye.Nilizamisha mkono wangu ndani ya maji kwa uangalifu sana na kuichomoa ile lenzi."Ni hivyo, usindikaji umekwisha," Berkovic alifoka.
Lenses ni laini kabisa kwa kugusa.Hii sio tu hisia ya kibinafsi: Bercovici anasema kwamba hata bila kung'aa, ukali wa uso wa lenzi iliyotengenezwa kwa njia ya polima ni chini ya nanometer moja (bilioni moja ya mita)."Nguvu za asili huunda sifa za ajabu zenyewe, na ziko huru," alisema.Kinyume chake, kioo cha macho kinang'arishwa hadi nanomita 100, huku vioo vya darubini ya anga ya juu ya NASA James Webb viking'arishwa hadi nanomita 20.
Lakini si kila mtu anaamini kwamba njia hii ya kifahari itakuwa mwokozi wa mabilioni ya watu duniani kote.Profesa Ady Arie kutoka Shule ya Uhandisi wa Umeme ya Chuo Kikuu cha Tel Aviv alisema kuwa mbinu ya Bercovici na Frumkin inahitaji mold ya mviringo ambayo polima ya kioevu hudungwa, polima yenyewe na taa ya ultraviolet.
"Hizi hazipatikani katika vijiji vya Wahindi," alisema.Suala jingine lililoibuliwa na mwanzilishi wa SPO Precision Optics na makamu wa rais wa R&D Niv Adut na mwanasayansi mkuu wa kampuni hiyo Dk. Doron Sturlesi (wote wanafahamu kazi ya Bercovici) ni kwamba kuchukua nafasi ya mchakato wa kusaga na kutupwa kwa plastiki kutafanya iwe vigumu kurekebisha lenzi kwa mahitaji.Watu wake.
Berkovic hakuwa na hofu."Ukosoaji ni sehemu ya msingi ya sayansi, na maendeleo yetu ya haraka katika mwaka uliopita yamechangiwa zaidi na wataalam kutusukuma kwenye kona," alisema.Kuhusu upembuzi yakinifu wa viwanda katika maeneo ya pembezoni, aliongeza: “Miundombinu inayotakiwa kutengenezea miwani kwa kutumia njia za asili ni kubwa;unahitaji viwanda, mashine, na mafundi, na tunahitaji miundombinu ya chini tu."
Bercovici alituonyesha taa mbili za mionzi ya ultraviolet katika maabara yake: "Hii inatoka Amazon na inagharimu $4, na nyingine ni ya AliExpress na inagharimu $1.70.Ikiwa huna, unaweza kutumia Sunshine kila wakati,” alieleza.Vipi kuhusu polima?"Chupa ya mililita 250 inauzwa kwa $16 kwenye Amazon.Lenzi ya wastani inahitaji mililita 5 hadi 10, kwa hivyo gharama ya polima sio sababu halisi pia.
Alisisitiza kuwa mbinu yake haihitaji matumizi ya viunzi vya kipekee kwa kila nambari ya lenzi, kama wakosoaji wanavyodai.Uvuvi sahili unafaa kwa kila nambari ya lenzi, alieleza: “Tofauti ni kiasi cha polima kilichodungwa, na kutengeneza silinda kwa glasi, kinachohitajika ni kunyoosha ukungu kidogo tu.”
Bercovici alisema kuwa sehemu pekee ya gharama kubwa ya mchakato ni automatisering ya sindano ya polymer, ambayo lazima ifanyike kwa usahihi kulingana na idadi ya lenses zinazohitajika.
"Ndoto yetu ni kuwa na athari katika nchi na rasilimali chache," Bercovici alisema.Ingawa glasi za bei nafuu zinaweza kuletwa kwa vijiji maskini-ingawa hii haijakamilika-mpango wake ni mkubwa zaidi.“Kama ile methali maarufu, sitaki kuwapa samaki, nataka kuwafundisha kuvua samaki.Kwa njia hii, watu wataweza kutengeneza miwani yao wenyewe,” alisema.“Itafanikiwa?Muda pekee ndio utatoa jibu.”
Bercovici na Frumkin walielezea mchakato huu katika makala kama miezi sita iliyopita katika toleo la kwanza la Flow, jarida la utumizi wa mechanics ya maji iliyochapishwa na Chuo Kikuu cha Cambridge.Lakini timu haina nia ya kukaa kwenye lenses rahisi za macho.Karatasi nyingine iliyochapishwa katika gazeti la Optica wiki chache zilizopita ilielezea njia mpya ya kutengeneza vipengele vya macho vya ngumu katika uwanja wa optics ya fomu ya bure.Vipengele hivi vya macho sio convex wala concave, lakini ni molded katika uso topographic, na mwanga ni irradiated kwa uso wa maeneo mbalimbali ili kufikia athari taka.Vipengee hivi vinaweza kupatikana katika glasi nyingi, kofia za majaribio, mifumo ya hali ya juu ya projekta, mifumo ya uhalisia pepe na iliyoboreshwa, na maeneo mengine.
Utengenezaji wa vipengee vya umbo la bure kwa kutumia mbinu endelevu ni ngumu na ni ghali kwa sababu ni vigumu kusaga na kung'arisha eneo lao la uso.Kwa hiyo, vipengele hivi kwa sasa vina matumizi madogo."Kumekuwa na machapisho ya kitaaluma juu ya uwezekano wa matumizi ya nyuso kama hizo, lakini hii bado haijaonyeshwa katika matumizi ya vitendo," Bercovici alielezea.Katika karatasi hii mpya, timu ya maabara inayoongozwa na Elgarisi ilionyesha jinsi ya kudhibiti umbo la uso linaloundwa wakati kioevu cha polima kinapodungwa kwa kudhibiti umbo la fremu.Sura inaweza kuundwa kwa kutumia printa ya 3D."Hatufanyi mambo kwa ndoo tena, lakini bado ni rahisi sana," Bercovici alisema.
Omer Luria, mhandisi wa utafiti katika maabara hiyo, alidokeza kwamba teknolojia hii mpya inaweza kutoa haraka lenzi laini zenye mandhari ya kipekee."Tunatumai inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama na wakati wa uzalishaji wa vifaa vya macho ngumu," alisema.
Profesa Arie ni mmoja wa wahariri wa Optica, lakini hakushiriki katika ukaguzi wa makala hiyo."Hii ni kazi nzuri sana," Ali alisema kuhusu utafiti huo."Ili kutoa nyuso za macho za anga, njia za sasa hutumia ukungu au uchapishaji wa 3D, lakini njia zote mbili ni ngumu kuunda nyuso laini na kubwa za kutosha kwa wakati unaofaa."Arie anaamini kwamba njia mpya itasaidia kuunda uhuru Mfano wa vipengele rasmi."Kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa idadi kubwa ya sehemu, ni bora kuandaa molds, lakini ili kupima haraka mawazo mapya, hii ni njia ya kuvutia na ya kifahari," alisema.
SPO ni moja wapo ya kampuni zinazoongoza za Israeli katika uwanja wa nyuso za umbo huria.Kulingana na Adut na Sturlesi, njia hiyo mpya ina faida na hasara.Wanasema kuwa utumiaji wa plastiki huzuia uwezekano kwa sababu hauwezi kudumu kwa joto kali na uwezo wao wa kufikia ubora wa kutosha katika safu nzima ya rangi ni mdogo.Kuhusu faida, walisema kuwa teknolojia hiyo ina uwezo wa kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama ya uzalishaji wa lensi za plastiki ngumu, ambazo hutumiwa katika simu zote za rununu.
Adut na Sturlesi waliongeza kuwa kwa mbinu za kitamaduni za utengenezaji, kipenyo cha lenzi za plastiki ni mdogo kwa sababu kadiri zinavyokuwa kubwa, ndivyo zinavyokuwa sahihi zaidi.Walisema kwamba, kwa mujibu wa mbinu ya Bercovici, utengenezaji wa lenzi katika kioevu unaweza kuzuia kupotosha, ambayo inaweza kuunda vipengele vya macho vya nguvu sana-iwe katika uwanja wa lenses za spherical au lenses za fomu ya bure.
Mradi ambao haukutarajiwa zaidi wa timu ya Technion ulikuwa kuchagua kutoa lenzi kubwa.Hapa, yote yalianza na mazungumzo ya bahati mbaya na swali lisilo na maana."Yote ni juu ya watu," Berkovic alisema.Alipomuuliza Berkovic, alikuwa akimwambia Dk. Edward Baraban, mwanasayansi wa utafiti wa NASA, kwamba anafahamu mradi wake katika Chuo Kikuu cha Stanford, na anamfahamu katika Chuo Kikuu cha Stanford: "Unafikiri unaweza kufanya lenzi kama hiyo kwa darubini ya anga. ?”
"Ilionekana kama wazo la kichaa," Berkovic alikumbuka, "lakini iliwekwa kwa undani akilini mwangu."Baada ya jaribio la kimaabara kukamilishwa kwa mafanikio, watafiti wa Israeli waligundua kuwa njia hiyo inaweza kutumika katika Hufanya kazi kwa njia sawa katika anga.Baada ya yote, unaweza kufikia hali ya microgravity huko bila hitaji la vinywaji vya buoyant."Nilimpigia simu Edward na nikamwambia, inafanya kazi!"
Darubini za angani zina faida kubwa kuliko darubini za ardhini kwa sababu haziathiriwi na uchafuzi wa anga au mwanga.Tatizo kubwa la maendeleo ya darubini za anga ni kwamba ukubwa wao umepunguzwa na ukubwa wa kizindua.Duniani, darubini kwa sasa zina kipenyo cha hadi mita 40.Darubini ya Anga ya Hubble ina kioo cha kipenyo cha mita 2.4, wakati Darubini ya James Webb ina kioo cha kipenyo cha mita 6.5 - ilichukua wanasayansi miaka 25 kufikia mafanikio haya, ambayo yamegharimu dola za Kimarekani bilioni 9, kwa sababu mfumo wa A unahitajika. iliyotengenezwa ambayo inaweza kuzindua darubini katika nafasi iliyokunjwa na kisha kuifungua kiotomatiki angani.
Kwa upande mwingine, Liquid tayari iko katika hali ya "imekunjwa".Kwa mfano, unaweza kujaza transmitter na chuma kioevu, kuongeza utaratibu wa sindano na pete ya upanuzi, na kisha kufanya kioo katika nafasi."Huu ni udanganyifu," Berkovic alikiri.“Mama yangu aliniuliza, ‘Utakuwa tayari lini?Nilimwambia, 'Labda baada ya miaka 20 hivi.Alisema hana muda wa kusubiri.”
Ikiwa ndoto hii itatimia, inaweza kubadilisha mustakabali wa utafiti wa anga.Leo, Berkovic alisema kwamba wanadamu hawana uwezo wa kutazama moja kwa moja sayari-sayari nje ya mfumo wa jua, kwa sababu kufanya hivyo kunahitaji darubini ya Dunia kubwa mara 10 kuliko darubini zilizopo-jambo ambalo haliwezekani kabisa na teknolojia iliyopo.
Kwa upande mwingine, Bercovici aliongeza kuwa Falcon Heavy, ambayo kwa sasa ni kizindua nafasi kubwa zaidi cha SpaceX, kinaweza kubeba mita za ujazo 20 za kioevu.Alieleza kuwa kwa nadharia, Falcon Heavy inaweza kutumika kurusha kimiminika hadi sehemu ya obiti, ambapo kioevu hicho kinaweza kutumika kutengeneza kioo chenye kipenyo cha mita 75—eneo la uso na mwanga uliokusanywa ungekuwa mkubwa mara 100 zaidi ya kile cha mwisho. .Darubini ya James Webb.
Hii ni ndoto, na itachukua muda mrefu kuitimiza.Lakini NASA wanaichukulia kwa uzito.Pamoja na timu ya wahandisi na wanasayansi kutoka Kituo cha Utafiti cha Ames cha NASA, wakiongozwa na Balaban, teknolojia hiyo inajaribiwa kwa mara ya kwanza.
Mwishoni mwa Desemba, mfumo uliotengenezwa na timu ya maabara ya Bercovici utatumwa kwa Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu, ambapo mfululizo wa majaribio utafanywa ili kuwawezesha wanaanga kutengeneza na kuponya lenzi angani.Kabla ya hapo, majaribio yatafanywa Florida wikendi hii ili kujaribu uwezekano wa kutoa lenzi za ubora wa juu chini ya uvutano wa chini ya ardhi bila hitaji la kioevu chochote cha buoyant.
Majaribio ya darubini ya Fluid (FLUTE) yalifanywa kwenye ndege yenye uzito mdogo-viti vyote vya ndege hii viliondolewa kwa ajili ya kuwafunza wanaanga na kurusha matukio ya sifuri-mvuto katika filamu.Kwa kuendesha kwa namna ya antiparabola-kupanda na kisha kuanguka kwa uhuru-microgravity hali huundwa katika ndege kwa muda mfupi."Inaitwa 'vomit comet' kwa sababu nzuri," Berkovic alisema huku akitabasamu.Kuanguka kwa bure hudumu kwa sekunde 20, ambayo mvuto wa ndege ni karibu na sifuri.Katika kipindi hiki, watafiti watajaribu kufanya lens ya kioevu na kufanya vipimo ili kuthibitisha kwamba ubora wa lens ni wa kutosha, basi ndege inakuwa sawa, mvuto umerejeshwa kikamilifu, na lens inakuwa dimbwi.
Jaribio hilo limepangwa kwa safari mbili za ndege siku ya Alhamisi na Ijumaa, kila moja ikiwa na parabola 30.Bercovici na wanachama wengi wa timu ya maabara, ikiwa ni pamoja na Elgarisi na Luria, na Frumkin kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts watakuwepo.
Wakati wa ziara yangu kwenye maabara ya Technion, msisimko ulikuwa mkubwa.Kuna masanduku 60 ya kadibodi kwenye sakafu, ambayo yana vifaa vidogo 60 vya kujitengenezea kwa majaribio.Luria anafanya maboresho ya mwisho na ya mwisho kwa mfumo wa majaribio wa kompyuta aliotengeneza ili kupima utendakazi wa lenzi.
Wakati huo huo, timu inafanya mazoezi ya muda kabla ya wakati muhimu.Timu moja ilisimama pale na saa ya kusimamisha, na nyingine ilikuwa na sekunde 20 kupiga risasi.Kwenye ndege yenyewe, hali itakuwa mbaya zaidi, haswa baada ya maporomoko kadhaa ya bure na kuinua juu chini ya mvuto ulioongezeka.
Sio timu ya Technion pekee ambayo ina msisimko.Baraban, mtafiti mkuu wa Majaribio ya Filimbi ya NASA, aliiambia Haaretz, “Njia ya kutengeneza ugiligili inaweza kusababisha darubini zenye nguvu za angani zenye miale ya makumi au hata mamia ya mita.Kwa mfano, darubini kama hizo zinaweza kutazama moja kwa moja mazingira ya nyota zingine.Sayari, hurahisisha uchanganuzi wa hali ya juu wa angahewa yake, na inaweza hata kutambua vipengele vya uso kwa kiasi kikubwa.Njia hii inaweza pia kusababisha matumizi mengine ya anga, kama vile vipengee vya hali ya juu vya macho vya uvunaji na usambazaji wa nishati, vyombo vya kisayansi, na vifaa vya matibabu utengenezaji wa nafasi-hivyo kuchukua jukumu muhimu katika uchumi unaoibuka wa anga.
Muda mfupi kabla ya kupanda ndege na kuanza safari ya maisha yake, Berkovic alisimama kwa muda kwa mshangao."Ninaendelea kujiuliza kwa nini hakuna mtu aliyefikiria jambo hili hapo awali," alisema."Kila wakati ninapoenda kwenye mkutano, ninaogopa kwamba mtu atasimama na kusema kwamba watafiti fulani wa Kirusi walifanya hivyo miaka 60 iliyopita.Baada ya yote, ni njia rahisi sana.
Muda wa kutuma: Dec-21-2021