U prufessore Moran Bercovici è u duttore Valeri Frumkin anu sviluppatu una tecnulugia economica per a fabricazione di lenti ottichi, è hè pussibule di pruduce lenti per parechji paesi in via di sviluppu induve l'occhiali ùn sò micca dispunibili.Avà, a NASA dice chì pò esse usatu per fà telescopi spaziali
A scienza di solitu avanza in picculi passi.Un picculu pezzu di infurmazione hè aghjuntu à ogni novu esperimentu.Hè raru chì una idea simplice chì apparisce in u cervellu di un scientist porta à un grande sfondate senza usà alcuna tecnulugia.Ma questu hè ciò chì hè accadutu à dui ingegneri israeliani chì anu sviluppatu un novu metudu di fabricazione di lenti ottiche.
U sistema hè simplice, prezzu è precisu, è puderia avè un impattu enormu annantu à un terzu di a pupulazione di u mondu.Puderà ancu cambià a faccia di a ricerca spaziale.Per cuncepimentu, i circadori solu bisognu di una lavagna bianca, un marcatore, una gomma è un pocu di furtuna.
U prufessore Moran Bercovici è u duttore Valeri Frumkin da u Dipartimentu di l'Ingenieria Meccanica di l'Istitutu di Tecnulugia Technion-Israel in Haifa sò specializati in a meccanica di fluidi, micca in l'ottica.Ma un annu è mezu fà, à u Forum Mundiale di Laureate in Shanghai, Berkovic hè accadutu à pusà cun David Ziberman, un ecunomista israelianu.
Zilberman hè un vincitore di u Premiu Wolf, è avà à l'Università di California, Berkeley, hà parlatu di a so ricerca in i paesi in via di sviluppu.Bercovici hà descrittu u so esperimentu fluidu.Allora Ziberman hà fattu una quistione simplice: "Pudete aduprà questu per fà vetri?"
"Quandu pensa à i paesi in via di sviluppu, di solitu pensa à a malaria, a guerra, a fame", disse Berkovic."Ma Ziberman hà dettu qualcosa chì ùn cunnosci micca - 2,5 miliardi di persone in u mondu anu bisognu di occhiali, ma ùn li ponu micca ottene.Questu hè un numeru maravigghiusu ".
Bercovici riturnò in casa è truvò chì un rapportu di u Forum Economicu Mundiale cunfirmava stu numeru.Ancu s'ellu custa solu uni pochi di dollari per fà un paru simplice di vetru, i vetri boni ùn sò nè fabbricati nè venduti in a maiò parte di u mondu.
L'impattu hè enormu, chì varieghja da i zitelli chì ùn ponu micca vede a lavagna in a scola à l'adulti chì a vista si deteriora tantu chì perde u so travagliu.In più di dannà a qualità di vita di e persone, u costu di l'ecunumia glubale hè stimatu à 3 trilioni di $ à l'annu.
Dopu à a cunversazione, Berkovic ùn pudia dorme di notte.Quandu hè ghjuntu à Technion, hà discututu stu prublema cù Frumkin, chì era un investigatore postdoctorale in u so laboratoriu à l'epica.
"Avemu tiratu un colpu nantu à a lavagna bianca è l'avemu guardatu", hà ricurdatu."Sapemu istintivamente chì ùn pudemu micca creà sta forma cù a nostra tecnulugia di cuntrollu di fluidu, è vulemu sapè perchè".
A forma sferica hè a basa di l'ottica perchè a lente hè fatta di elli.In teoria, Bercovici è Frumkin sapianu chì puderanu fà una cupola tonda da un polimeru (un liquidu chì s'era solidificatu) per fà una lente.Ma i liquidi ponu esse solu sferichi in picculi volumi.Quandu sò più grande, a gravità li squash in puddles.
"Allora ciò chì avemu da fà hè di sbarazzarsi di a gravità", spiegò Bercovici.È questu hè esattamente ciò chì ellu è Frumkin anu fattu.Dopu avè studiatu a so lavagna, Frumkin hè stata cun una idea assai simplice, ma ùn hè micca chjaru perchè nimu avia pensatu prima - se a lente hè posta in una camera di liquidu, l'effettu di a gravità pò esse eliminata.Tuttu ciò chì duvete fà hè di assicurà chì u liquidu in a camara (chjamatu u liquidu buoyant) hà a listessa densità cum'è u polimeru da quale hè fatta a lente, è dopu u polimeru flutterà.
Una altra cosa impurtante hè di utilizà dui fluidi immiscible, chì significa chì ùn si mischianu micca cù l'altri, cum'è l'oliu è l'acqua."A maiò parte di i polimeri sò più simili à l'olii, cusì u nostru liquidu "singular" hè l'acqua", disse Bercovici.
Ma perchè l'acqua hà una densità più bassa di i polimeri, a so densità deve esse aumentata un pocu per chì u polimeru flutterà.Per questu scopu, i circadori anu utilizatu ancu materiali menu esotici - sal, zuccheru o glicerina.Bercovici hà dettu chì u cumpunente finali di u prucessu hè un quadru rigidu in quale u polimeru hè injected in modu chì a so forma pò esse cuntrullata.
Quandu u polimeru righjunghji a so forma finali, hè guaritu cù a radiazione ultravioletta è diventa una lente solida.Per fà u quadru, i circadori anu utilizatu una pipa d'acqua simplice, tagliata in un anellu, o una piastra di Petri tagliata da u fondu."Ogni zitellu pò fà in casa, è e mo figliole è aghju fattu alcuni in casa", disse Bercovici."In l'anni, avemu fattu assai cose in u laboratoriu, alcune di e quali sò assai cumplicate, ma ùn ci hè dubbitu chì questu hè u più simplice è faciule chì avemu fattu.Forse u più impurtante ".
Frumkin hà criatu u so primu colpu u stessu ghjornu chì pensava à a suluzione."M'hà mandatu una foto in WhatsApp", hà ricurdatu Berkovic."In retrospettiva, questu era un lente assai chjucu è bruttu, ma eramu assai felici".Frumkin cuntinuò à studià sta nova invenzione."L'equazioni mostra chì una volta chì sguassate a gravità, ùn importa micca chì u quadru hè un centimetru o un chilometru;secondu a quantità di materiale, uttene sempre a stessa forma ".
I dui circadori cuntinuavanu à spirimintà cù l'ingredientu secretu di a seconda generazione, u bucket mop, è l'utilizanu per creà una lente cù un diametru di 20 cm chì hè adattatu per i telescopi.U costu di a lente aumenta esponenzialmente cù u diametru, ma cù stu novu metudu, indipendentemente da a dimensione, tuttu ciò chì avete bisognu hè un polimeru prezzu, acqua, sali (o glicerina), è un moldu d'anellu.
A lista d'ingredienti marca un grande cambiamentu in i metudi tradiziunali di fabricazione di lenti chì sò stati quasi invariati per 300 anni.In u stadiu iniziale di u prucessu tradiziunale, un platu di vetru o plastica hè meccanicamente macinatu.Per esempiu, in a fabricazione di lenti di spettaculu, circa 80% di u materiale hè persu.Aduprendu u metudu disignatu da Bercovici è Frumkin, invece di macinazione di materiali solidi, u liquidu hè injected in u quadru, cusì chì a lente pò esse fabbricata in un prucessu completamente senza rifiuti.Stu metudu ùn hà micca bisognu di lucidatura, perchè a tensione superficiale di u fluidu pò assicurà una superficia estremamente liscia.
Haaretz hà visitatu u laboratoriu di Technion, induve u studiente di duttore Mor Elgarisi hà dimustratu u prucessu.Hà injected polimeru in un anellu in una piccula camera di liquidu, l'irradiò cù una lampada UV, è m'hà datu un paru di guanti chirurgici dui minuti dopu.Aghju assai curatu a manu in l'acqua è tirò fora a lente."Hè questu, u prucessu hè finitu", gridò Berkovic.
I lenti sò assolutamente lisci à u toccu.Questu ùn hè micca solu un sintimu subjectitivu: Bercovici dice chì ancu senza lucidatura, a rugosità di a superficia di una lente fatta cù un metudu polimeru hè menu di un nanometru (un billionth di un metru)."E forze di a natura creanu qualità straordinaria per sè stessu, è sò liberi", disse.In cuntrastu, u vetru otticu hè lucidatu à 100 nanometri, mentre chì i specchi di u telescopiu spaziale James Webb di a NASA sò lucidati à 20 nanometri.
Ma micca tutti crede chì stu metudu eleganti serà u salvatore di miliardi di persone in u mondu.U prufessore Ady Arie di a Scola di Ingegneria Elettrica di l'Università di Tel Aviv hà dettu chì u metudu di Bercovici è Frumkin richiede un moldu circular in quale hè injectatu polimeru liquidu, u polimeru stessu è una lampada ultravioletta.
"Questi ùn sò micca dispunibili in i paesi indiani", hà dettu.Un altru prublema suscitatu da u fundatore di SPO Precision Optics è vicepresidentu di R&D Niv Adut è u scientist capu di a cumpagnia, Dr Doron Sturlesi (tramindui familiarizati cù u travagliu di Bercovici) hè chì rimpiazzà u prucessu di macinazione cù fusioni di plastica renderà difficiule d'adattà a lente à u bisogni.U so populu.
Berkovic ùn hà micca panicu."A critica hè una parte fundamentale di a scienza, è u nostru rapidu sviluppu annantu à l'annu passatu hè largamente dovutu à l'esperti chì ci spinghjenu à u cantonu", disse.In quantu à a fattibilità di a fabricazione in i zoni remoti, hà aghjustatu: "L'infrastruttura necessaria per fabricà vetri cù metudi tradiziunali hè enormu;avete bisognu di fabbriche, machini è tecnichi, è avemu solu bisognu di l'infrastruttura minima ".
Bercovici ci hà mostratu duie lampade di radiazione ultravioletta in u so laboratoriu: "Questu hè di Amazon è costa $ 4, è l'altru hè di AliExpress è costa $ 1,70.Se ùn avete micca, pudete sempre aduprà Sunshine ", spiegò.E i polimeri?"Una buttiglia di 250 ml si vende per $ 16 in Amazon.A lente media necessita da 5 à 10 ml, cusì u costu di u polimeru ùn hè micca un fattore reale.
Hà enfatizatu chì u so metudu ùn hà micca bisognu di l'usu di stampi unichi per ogni numeru di lenti, cum'è i critichi dichjaranu.Un mudellu simplice hè adattatu per ogni numeru di lenti, spiegò: "A diferenza hè a quantità di polimeru injected, è per fà un cilindru per i vetri, tuttu ciò chì hè necessariu hè di stende un pocu u moldu".
Bercovici hà dettu chì l'unica parte caru di u prucessu hè l'automatizazione di l'iniezione di polimeru, chì deve esse fatta precisamente secondu u numeru di lenti necessariu.
"U nostru sognu hè di avè un impattu in u paese cù u menu risorse", disse Bercovici.Ancu s'ellu pò esse purtatu i bicchieri boni à i paesi poveri - ancu s'ellu ùn hè micca statu cumpletu - u so pianu hè assai più grande.« Cum'è quellu pruverbiu famosu, ùn vogliu micca dà li pesci, li vogliu insignà à piscà.In questu modu, a ghjente hà da pudè fà e so propiu vetru ", disse."Serà successu?Solu u tempu darà a risposta ".
Bercovici è Frumkin hà descrittu stu prucessu in un articulu circa sei mesi fà in a prima edizione di Flow, una rivista di applicazioni di meccanica di fluidi publicata da l'Università di Cambridge.Ma a squadra ùn hà micca intenzione di stà nantu à lenti ottichi simplici.Un altru documentu publicatu in a rivista Optica uni pochi settimane fa hà descrittu un novu metudu per a fabricazione di cumpunenti ottichi cumplessi in u campu di l'ottica di forma libera.Questi cumpunenti ottichi ùn sò nè cunvessi nè cuncavi, ma sò stampati in una superficia topografica, è a luce hè irradiata à a superficia di e diverse spazii per ottene l'effettu desideratu.Questi cumpunenti ponu esse truvati in vetri multifocali, caschi di pilotu, sistemi di prughjetti avanzati, sistemi di realtà virtuale è aumentata, è altri posti.
A fabricazione di cumpunenti in forma libera utilizendu metudi sustinibili hè complicata è caru perchè hè difficiule di macinà è pulisce a so superficia.Dunque, sti cumpunenti sò attualmente usi limitati."Ci sò stati publicazioni accademiche nantu à l'usi pussibuli di tali superfici, ma questu ùn hè micca ancu riflessu in l'applicazioni pratiche", spiegò Bercovici.In sta nova carta, a squadra di labburatoriu guidata da Elgarisi hà dimustratu cumu cuntrullà a forma di a superficia creata quandu u liquidu polimeru hè injected da cuntrullà a forma di u quadru.U quadru pò esse creatu cù una stampante 3D."Ùn facemu più e cose cù un bucket mop, ma hè sempre assai simplice", disse Bercovici.
Omer Luria, un ingegnere di ricerca in u laboratoriu, hà dettu chì sta nova tecnulugia pò pruduce rapidamente lenti particularmente lisci cù un terrenu unicu."Speremu chì pò riduce significativamente u costu è u tempu di produzzione di cumpunenti ottici cumplessi", disse.
U prufissore Arie hè unu di l'editori di Optica, ma ùn hà micca participatu à a rivista di l'articulu."Questu hè un bellu travagliu", disse Ali di a ricerca."Per pruduce superfici ottiche asferiche, i metudi attuali utilizanu stampi o stampa 3D, ma i dui metudi sò difficiuli di creà superfici abbastanza lisce è grandi in un marcu di tempu raghjone".Arie crede chì u novu metudu aiutà à creà libertà Prototipu di cumpunenti formale."Per a pruduzzione industriale di un gran numaru di pezzi, hè megliu per preparà i moldi, ma per pruvà rapidamente idee novi, questu hè un metudu interessante è eleganti", disse.
SPO hè una di e cumpagnie di punta d'Israele in u campu di superfici in forma libera.Sicondu Adut è Sturlesi, u novu metudu hà vantaghji è disadvantages.Dicenu chì l'usu di plastica limita e pussibulità perchè ùn sò micca durable à e temperature estreme è a so capacità per ottene una qualità abbastanza in tutta a gamma di culori hè limitata.In quantu à i vantaghji, anu indicatu chì a tecnulugia hà u putenziale di riduce significativamente u costu di produzzione di lenti plastichi cumplessi, chì sò usati in tutti i telefuni mobili.
Adut è Sturlesi aghjunghjenu chì cù i metudi tradiziunali di fabricazione, u diametru di lenti di plastica hè limitatu perchè più grande sò, menu precisi diventanu.Dicenu chì, sicondu u metudu di Bercovici, a fabricazione di lenti in liquidu pò impedisce a distorsioni, chì ponu creà cumpunenti ottichi assai putenti - sia in u campu di lenti sferichi o lenti di forma libera.
U prughjettu più inespettatu di a squadra di Technion hà sceltu di pruduce una grande lente.Quì, tuttu principia cù una conversazione accidintali è una quistione ingenua."Hè tuttu nantu à e persone", disse Berkovic.Quandu hà dumandatu à Berkovic, stava dicendu à u duttore Edward Baraban, un scientist di ricerca di a NASA, chì cunnosce u so prughjettu in l'Università di Stanford, è u cunniscia à l'Università di Stanford: "Pensate chì pudete fà una tale lente per un telescopiu spaziale. ?"
"Sembrava una idea pazza", hà ricurdatu Berkovic, "ma era assai impressu in a mo mente".Dopu à a prova di labburatoriu hè statu finitu successu, circadori israeliani capitu chì u metudu pudia esse usatu in It travaglia u listessu modu in u spaziu.Dopu tuttu, pudete ottene e cundizioni di microgravità quì senza a necessità di liquidi flottanti."Aghju chjamatu Edward è li aghju dettu chì funziona!"
I telescopi spaziali anu grandi vantaghji nantu à i telescopi in terra perchè ùn sò micca affettati da a contaminazione atmosferica o luminosa.U prublema più grande cù u sviluppu di telescopi spaziali hè chì a so dimensione hè limitata da a dimensione di u lanciatore.In a Terra, i telescopi anu un diametru di finu à 40 metri.U telescopiu spaziale Hubble hà un specchiu di diametru di 2,4 metri, mentre chì u telescopiu James Webb hà un specchiu di diametru di 6,5 metri - hà pigliatu i scientisti 25 anni per ottene stu successu, chì costa 9 miliardi di dollari americani, in parte perchè Un sistema deve esse sviluppatu chì pò lancià u telescopiu in una pusizioni plegata è poi apre automaticamente in u spaziu.
Per d 'altra banda, Liquid hè digià in un statu "plegatu".Per esempiu, pudete riempie u trasmettitore cù metallu liquidu, aghjunghje un mecanismu d'iniezione è anellu di espansione, è poi fate un specchiu in u spaziu."Questa hè una illusione", ammette Berkovic."A mo mamma m'hà dumandatu," Quandu sarete prontu?L'aghju dettu: "Forse in circa 20 anni.Ella disse chì ùn avia micca tempu d'aspittà ".
Se stu sognu hè vera, pò cambià u futuru di a ricerca spaziale.Oghje, Berkovic hà rimarcatu chì l'omu ùn anu micca a capacità di osservà direttamente exoplanets-pianeti fora di u sistema solare, perchè per fà cusì hè bisognu di un telescopiu di a Terra 10 volte più grande di i telescopi esistenti - chì hè cumplitamenti impussibile cù a tecnulugia esistenti.
Per d 'altra banda, Bercovici hà aghjustatu chì u Falcon Heavy, attualmente u più grande lanciatore spaziale SpaceX, pò purtà 20 metri cubi di liquidu.Spiegò chì in teoria, Falcon Heavy puderia esse usatu per lancià un liquidu à un puntu orbitale, induve u liquidu puderia esse usatu per fà un specchiu di diametru di 75 metri - a superficia è a luce cullata seria 100 volte più grande di l'ultime. .Telescopiu James Webb.
Questu hè un sognu, è hà da piglià assai tempu per rializà.Ma a NASA a piglia in seriu.Inseme cù una squadra di ingegneri è scientisti di u Centru di Ricerca Ames di a NASA, guidatu da Balaban, a tecnulugia hè stata pruvata per a prima volta.
À a fini di dicembre, un sistema sviluppatu da a squadra di u laboratoriu di Bercovici serà mandatu à a Stazione Spaziale Internaziunale, induve una seria di esperimenti seranu realizati per permette à l'astronauti di fabricà è curà lenti in u spaziu.Prima di quessa, esperimenti seranu realizati in Florida stu weekend per pruvà a fattibilità di pruduce lenti d'alta qualità sottu microgravità senza bisognu di liquidu flottante.
L'esperimentu di u telescopiu fluidu (FLUTE) hè statu realizatu nantu à un aviò di gravità ridutta - tutti i posti di questu aviò sò stati eliminati per furmà astronauti è sparà scene di gravità zero in i filmi.By maneuvering in a forma di un antiparabola-ascending e poi caduta cundizzioni freely-microgravity sò creati in l 'aviò per un cortu piriudu di tempu."Hè chjamatu "vomit comet" per una bona ragione", disse Berkovic cun un surrisu.A caduta libera dura circa 20 seconde, in quale a gravità di l'aviò hè vicinu à cero.Duranti stu pirìudu, i circadori pruvaranu à fà una lente di liquidu è facenu misurazioni per pruvà chì a qualità di a lente hè abbastanza bona, allora l'aviò diventa drittu, a gravità hè cumplettamente restaurata, è a lente diventa una pozza.
L'esperimentu hè previstu per dui voli ghjovi è vennari, ognunu cù 30 paraboli.Bercovici è a maiò parte di i membri di a squadra di u laboratoriu, cumpresi Elgarisi è Luria, è Frumkin da l'Istitutu di Tecnulugia di Massachusetts seranu prisenti.
Duranti a mo visita à u laboratoriu Technion, l'eccitazione era sbulicata.Ci sò 60 scatuli di cartone nantu à u pianu, chì cuntenenu 60 kits chjuchi fatti per esperimenti.Luria face migliorie finali è di l'ultima minuta à u sistema sperimentale computerizatu chì hà sviluppatu per misurà u rendiment di lenti.
À u listessu tempu, a squadra face esercizii di timing prima di i mumenti critichi.Una squadra stava quì cun un cronometru, è l'altri avianu 20 seconde per fà un colpu.Nant'à l'aviò stessu, e cundizioni seranu ancu peggiu, soprattuttu dopu à parechje cascate libere è elevazioni à l'altura sottu a gravità aumentata.
Ùn hè micca solu a squadra Technion chì hè entusiasta.Baraban, u ricercatore principale di l'Esperimentu di Flute di a NASA, hà dettu à Haaretz, "U metudu di forma di fluidu pò esse risultatu in telescopi spaziali putenti cù aperture di decine o ancu centinaie di metri.Per esempiu, tali telescopi ponu osservà direttamente l'ambienti di altre stelle.Planet, facilite analisi high-resolution di u so atmosfera, è pò ancu identificà funziunalità superficia larga scala.Stu metudu pò ancu purtà à altre applicazioni spaziali, cum'è cumpunenti ottici d'alta qualità per a cugliera è a trasmissione di l'energia, strumenti scientifichi, è equipaghji medichi.
Pocu prima di imbarcà in l'aviò è di imbarcà in l'avventura di a so vita, Berkovic si fermò per un mumentu di sorpresa."Mi dumandu sempre perchè nimu hà pensatu à questu prima", disse."Ogni volta chì vanu à una cunferenza, aghju paura chì qualcunu si alzà è dicerà chì certi circadori russi anu fattu questu 60 anni fà.Dopu tuttu, hè un metudu cusì simplice ".
Tempu di Postu: Dec-21-2021