CP v2

Tag: Lazeriai

  • Mokslininkai lazeriu pajudino žuvies ausies akmenėlius – ir netikėtai pakeitė širdies ritmą

    Mokslininkai lazeriu pajudino žuvies ausies akmenėlius – ir netikėtai pakeitė širdies ritmą

    Mokslininkai pademonstravo netikėtą reiškinį: lazerio šviesa galima sukelti mikroskopinių struktūrų judesius žuvies ausyje taip, kad tai pakeistų širdies plakimo dažnį. Eksperimentai atlikti su zebrinėmis žuvelėmis, kurios dažnai naudojamos biomedicininiuose tyrimuose dėl skaidrių lervų audinių ir lengvai stebimų fiziologinių procesų.

    Tyrimo centre atsidūrė otolitai – kalcio karbonato kristalai, esantys daugumos stuburinių vidinėje ausyje. Įprastai jie juda nuo garso ar kūno judesių sukeltų vibracijų, o jų poslinkius fiksuojančios jutiminės ląstelės perduoda signalus į nervų sistemą.

    Šį kartą garsą pakeitė tiksliai valdomas lazeris ir vadinamosios optinės gaudyklės, dar žinomos kaip optiniai pincetai. Tai metodas, kai šviesos spinduliu sukuriama labai maža, bet pakankama jėga, leidžianti stumti ar „pakibinti“ mikrodaleles ir priversti jas judėti norimu ritmu.

    Taikydami tokį poveikį otolitams gyvose zebrinės žuvelės lervose, tyrėjai stebėjo smegenų aktyvumą ir fiksavo, kad suaktyvėja klausai bei pusiausvyros signalams svarbios sritys. Tai leido daryti išvadą, kad mechaninis otolitų judesys nervų sistemoje apdorojamas panašiai kaip įprastas garsinis dirgiklis.

    Šviesa vietoj garso

    Pasak tyrimo autorių, idėja kilo atsispyrus nuo fizikinio garso pagrindo: garsas iš esmės yra vibracija. Jei vibraciją galima sukurti ne garso banga, o tiksliai valdomu mechaniniu judesiu, teoriškai galima sukelti panašų jutiminį atsaką ir be garso.

    „Kai žmonės galvoja apie šviesą ir garsą, jie instinktyviai sieja šviesą su regėjimu, o garsą su klausa. Tačiau garsas iš esmės yra vibracija“, – sakė Guangdžou universiteto fizikas Xiaoshuai Liu.

    Tyrėjai taip pat eksperimentavo su skirtingais otolitų judesio parametrais, keisdami dažnį ir amplitudę. Tokiu būdu jie galėjo imituoti ritminius dirgiklius, kuriuos patys mokslininkai apibūdino kaip savotišką „šviesos muziką“, nes judesio modeliai atitiko garsui būdingas savybes.

    Kas nutiko širdžiai?

    Didžiausia staigmena paaiškėjo stebint širdies darbą. Judinant otolitą, žuvies širdies ritmas pagreitėdavo: viename iš bandymų ramybės būsenos dažnis nuo maždaug 2 dūžių per sekundę padidėjo iki maždaug 2,7 dūžio per sekundę, o vėliau palaipsniui grįždavo link pradinio lygio.

    Autoriai nurodė, kad tam tikrais atvejais širdies ritmas didėjo maždaug 50 proc. Kadangi optinės gaudyklės leidžia labai tiksliai valdyti poveikį, tyrėjai galėjo tikrinti, kaip skirtingi „ritmai“ veikia fiziologinį atsaką.

    „Šį sumanymą įkvėpė tradicinės muzikos terapijos idėja. Jei ritminis garsas gali moduliuoti širdies ritmą, klausėme: ar tiksliai suplanuoti šviesos spinduliai galėtų sukurti šviesos muziką ir reguliuoti širdies darbą?“ – teigė Xiaoshuai Liu.

    Ar tai gali virsti gydymu?

    Komanda žengė dar vieną žingsnį ir sukėlė kelis vaistais indukuotus širdies ritmo sutrikimų modelius, o tuomet taikė otolitų stimuliaciją. Tyrėjai skelbė, kad lėtą ritmą turėjusioms lervoms širdies dažnis priartėjo prie normos, o kai kuriais atvejais pavyko atkurti sutrikusį širdies kamerų suderinamumą.

    „Labiausiai mus nustebino tai, kad šis metodas galėjo ne tik moduliuoti širdies ritmą, bet ir padėti atkurti vaistais sukeltus patologinius ritmo sutrikimus“, – sakė Xiaoshuai Liu.

    Vis dėlto patys autoriai pabrėžia, kad tai ankstyvas įrodymo principu paremtas darbas. Kol kas ne iki galo aišku, kokiais nerviniais keliais ausies dirgiklis virsta širdies ritmo pokyčiu, taip pat nežinoma, ar metodas galėtų veikti didesniuose gyvūnuose ir ar būtų pritaikomas saugiai žmogui.

    Tokie tyrimai papildo vis augančią neurofiziologijos ir biofizikos kryptį, kurioje ieškoma itin tikslių, mažai invazinių būdų valdyti nervų sistemos signalus. Praktinės medicininės taikomosios galimybės gali atsirasti tik po ilgo papildomų bandymų ir saugumo vertinimų, tačiau pati idėja jau dabar atveria netikėtą sąsają tarp klausos mechanikos ir širdies reguliacijos.

  • „LITILIT“ gavo 8 mln. eurų paskolą: femtosekundiniai lazeriai taikosi į masinę pramonės gamybą

    „LITILIT“ gavo 8 mln. eurų paskolą: femtosekundiniai lazeriai taikosi į masinę pramonės gamybą

    Vilniuje veikianti femtosekundinių lazerių gamintoja „LITILIT“ iš Lietuvos nacionalinio plėtros banko ILTE gavo 8 mln. eurų paskolą. Įmonė teigia, kad finansavimas padės pagreitinti naujos kartos pramoninio lazerio kūrimą ir pasirengimą gamybai.

    „LITILIT“ kuria lazerius, paremtus patentuota technologija, kuri, pasak bendrovės, leidžia lengviau didinti gamybos apimtis ir paprasčiau integruoti į pramonines sistemas. Tikslas – priartinti femtosekundinių lazerių kainą ir diegimo paprastumą prie plačiai naudojamų skaidulinių nanosekundinių lazerių, kad jie taptų patrauklūs masinei gamybai.

    Bendrovė nurodo, kad papildomai planuoja investuoti apie 2 mln. eurų nuosavų lėšų, o bendra projekto vertė sieks 10 mln. eurų. Naujos lazerio sistemos komercializavimą įmonė planuoja 2029 metų antroje pusėje.

    Kur femtosekundiniai lazeriai gali „prasimušti“

    Femtosekundiniai lazeriai išsiskiria itin trumpais impulsais, kurie leidžia apdoroti medžiagas minimaliai paveikiant aplinkines struktūras. Ši savybė dažnai vadinama šaltuoju abliavimu ir ypač svarbi ten, kur reikalingas didelis tikslumas ir švarus paviršius.

    Dėl to tokie lazeriai jau naudojami įvairiose srityse – nuo medicininių procedūrų iki mikrogamybos, pavyzdžiui, lustų ir ekranų pramonėje. Vis dėlto iki šiol jų pritaikymas dažnai apsiribodavo mažų, didelės vertės detalių gamyba, kur aukšta sistemos kaina ir sudėtinga infrastruktūra atsiperka.

    „Šiandien femtosekundiniai lazeriai dažniausiai naudojami gaminant mažas, didelės vertės detales. Mūsų kuriama sistema atvers naujus pritaikymus didelės apimties pramonėje – pavyzdžiui, metalinių įrankių masinėje gamyboje ar specializuotų dangų formavime dideliuose paviršiuose“, – sakė „LITILIT“ vadovas Nikolajus Gavrilinas.

    Pasak jo, nauja sistema turėtų paspartinti ir jau egzistuojančias panaudas, susijusias su buitinės elektronikos, ekranų ar puslaidininkių gamyba. Tai reikštų, kad lazerių tikslumas būtų derinamas su didesniu apdorojimo greičiu, kuris kritiškas serijinei gamybai.

    Kodėl iki šiol trukdė infrastruktūra

    Vienas didžiausių femtosekundinių lazerių barjerų – sudėtingas diegimas ir eksploatacija. Įprastos sistemos neretai remiasi vandens aušinimu, kuriam reikia atskiros cirkuliacijos ir valymo infrastruktūros bei nuolatinės priežiūros.

    Prie to prisideda dideli optiniai moduliai, masyvūs optiniai pagrindai ir jautri optika spinduliui perduoti į apdorojimo vietą. Dažnai reikalinga ir stabili temperatūra patalpoje, o tai riboja, kur gamyklose tokias sistemas apskritai galima montuoti.

    „Kuriame sistemą, kuri viename pramoniniame įrenginyje sujungtų valdymo elektroniką, optiką ir aušinimą, kad ją būtų paprasta integruoti bet kurioje gamykloje“, – sakė Nikolajus Gavrilinas.

    „Modulinė platforma bus mažiau jautri temperatūrai, drėgmei ir vibracijai, o jos modulius bus galima jungti į galingesnę sistemą. Sugedus vienam moduliui, reikės keisti tik jį, o ne visą įrenginį“, – pridūrė jis.

    Galia ir mastelio siekis

    Įmonė nurodo, kad kuriama platforma taikys iki 1 000 W vidutinės optinės galios lygį, ją paskirstant į 10–20 atskirų spindulio kanalų. Tokia architektūra leistų vienu metu apdoroti kelis skirtingus taškus gamybos linijoje, o tai yra vienas svarbiausių žingsnių link masinės gamybos.

    „LITILIT“ pabrėžia, kad mastelio problema femtosekundinių lazerių rinkoje yra struktūrinė: daug tradicinių sistemų pernelyg sudėtingos gaminti dideliais kiekiais. Todėl bendrovė siekia kurti sprendimą, kurį būtų realu standartizuoti, gaminti serijomis ir prižiūrėti pramonės sąlygomis.

    Plėtros planai siejami ir su gamybos pajėgumais Vilniuje: įmonė pranešė pradėjusi vystyti didesnės apimties lazerių gamyklą, kuri turėtų startuoti artimiausiu metu. Skelbiama, kad ilgalaikis tikslas – pasiekti iki 3 000 femtosekundinių lazerių per metus gamybos apimtį.

    Nors iki komercializavimo dar liko keleri metai, tokio pobūdžio finansavimas rodo, kad Lietuvoje kuriamos fotonikos technologijos matomos kaip potencialiai konkurencingos tarptautinėse pramonės tiekimo grandinėse. Jei pažadai dėl paprastesnės integracijos ir modulinės architektūros pasiteisins, femtosekundiniai lazeriai gali tapti ne nišiniu, o plačiau pritaikomu gamybos įrankiu.

  • Naujininkai prikėlė 200 metų efektą: paprastas diskas ir lazeris gali pakeisti kompiuterius

    Naujininkai prikėlė 200 metų efektą: paprastas diskas ir lazeris gali pakeisti kompiuterius

    Seniai žinomas efektas, naujas proveržis

    Singapūro Nanyang technologijos universiteto mokslininkai parodė, kad sudėtingas šviesos struktūras galima sukurti stebėtinai paprastai: lazerio spindulį nukreipiant į mažą apvalų diską. Taip suformuojami stabilūs, besisukantys šviesos raštai, siejami su ateities duomenų saugyklomis, ryšio technologijomis ir skaičiavimais.

    Komanda rėmėsi daugiau nei prieš 200 metų aprašytu reiškiniu, vadinamu Puasono dėme. Tai ryškus taškas, atsirandantis pačiame apvalaus objekto metamo šešėlio centre, kai jį apšviečia koherentinė šviesa, pavyzdžiui, lazeris.

    Kas yra optiniai skyrmionai?

    Optiniai skyrmionai yra mikroskopiniai, ypač stabilūs sūkuriai, užkoduoti pačioje šviesos bangos struktūroje. Jų patvarumas susijęs su topologija: net ir deformuojant ar „ištempiant“ lauką, tokios struktūros išlieka atpažįstamos ir stabilios.

    Dėl šios savybės skyrmionai laikomi perspektyviais informacijos kodavimo elementais, nes teoriškai gali padėti patikimiau valdyti duomenų būsenas. Šviesoje galima kontroliuoti daugybę parametrų, įskaitant intensyvumą, fazę, poliarizaciją ir sukimąsi, o tai atveria kelią tiksliai „formuoti“ tokias struktūras.

    Puasono dėmė: kodėl šešėlio centre atsiranda šviesa

    Puasono dėmė atsiranda dėl difrakcijos ir interferencijos. Kai banga sutinka apvalią kliūtį, šviesa užlinksta aplink kraštus, o už objekto sklindančios antrinės bangos persidengia.

    Kadangi nuo disko krašto iki šešėlio centro atstumas yra vienodas, bangos ten susitinka vienoje fazėje ir sustiprina viena kitą. Rezultatas paradoksalus iš pirmo žvilgsnio: ten, kur turėtų būti tamsiausia, atsiranda ryškus taškas.

    „Neįprasta tai, kad optinius skyrmionus dabar galima generuoti pasitelkiant paprastą šviesos užlinkimo aplink objektą efektą, nepasikliaujant brangiais, sudėtingais metamaterijalais ar labai specializuotomis technikomis“, – sakė pagrindinis darbo autorius prof. Shen Yijie.

    Tyrėjai taip pat nustatė, kad ši konfigūracija vienu metu natūraliai „pagamina“ kelis susijusius topologinius raštus, siejamus su skirtingais šviesos laisvės laipsniais. Tai leidžia viename eksperimente lyginti, kaip skirtingos skyrmionų rūšys formuojasi ir sąveikauja tame pačiame šviesos lauke.

    Pastaraisiais metais spartėja optinių ir fotoninių skaičiavimų kryptis, ieškanti alternatyvų tradiciniams silicio sprendimams energijos sąnaudų ir greičio požiūriu. Tokie darbai aktualūs ir duomenų perdavimui, kur šviesa naudojama kaip terpė informacijai nešti vis didesniais atstumais ir pralaidumu.

  • JAV kariuomenė pademonstravo 2 viename lazerį: ir perduoda energiją, ir numuša dronus

    JAV kariuomenė pademonstravo 2 viename lazerį: ir perduoda energiją, ir numuša dronus

    JAV karinio jūrų laivyno Naval Research Laboratory pademonstravo lazerinę platformą, galinčią atlikti dvi užduotis tuo pačiu įrenginiu: belaidžiu būdu perduoti energiją ir prireikus veikti kaip priešlėktuvinė gynybos priemonė prieš mažus bepiločius orlaivius.

    Toks sprendimas laikomas svarbiu žingsniu siekiant sumažinti kariuomenės priklausomybę nuo sudėtingos energijos logistikos, kai lauko sąlygomis tenka gabenti degalus generatoriams ir palaikyti didelius atsargų srautus.

    Kaip veikė demonstracija?

    Per bandymus tyrėjai pirmiausia lazerio spinduliu perdavė energiją į nuotoliniu būdu esančius imtuvus poligono teritorijoje, o vėliau tą pačią sistemą greitai perjungė į gynybinį režimą. Kitaip tariant, platforma galėjo maitinti įrangą, o po akimirkos reaguoti į ore pasirodžiusį taikinį.

    Projektas vystomas kartu su JAV gynybos institucijomis ir pramonės partneriais, įskaitant „Boeing“, taip pat su skirtingomis JAV ginkluotųjų pajėgų grandimis, kad technologija būtų pritaikoma įvairiems scenarijams.

    Kodėl kariuomenei tai svarbu?

    Pagrindinis tikslas yra mažinti priklausomybę nuo tradicinių degalų tiekimo ir sumažinti logistines rizikas. Karo istorija rodo, kad aprūpinimo grandinės, ypač degalų konvojai, yra vienas pažeidžiamiausių taikinių, todėl energijos tiekimo alternatyvos gali didinti dalinių mobilumą ir išgyvenamumą.

    Lazerinis energijos perdavimas teoriškai leistų sumažinti poreikį vežtis dalį generatorių, kabelių ir atsarginių baterijų, o energiją tiekti ten, kur jos reikia, per trumpesnį laiką. Vis dėlto tokios sistemos turi veikti patikimai, nes kovinėse sąlygose energijos tiekimas yra kritinis.

    Didžiausi iššūkiai: oras ir patikimumas

    Skirtingai nei ankstesniuose bandymuose laboratorijose, šį kartą sistema buvo tikrinama lauko sąlygomis, įskaitant stiprų vėją ir intensyvų snygį. Tyrėjai rinko duomenis ir esant prastam matomumui, nes atmosferos sąlygos gali silpninti spindulio stabilumą ir efektyvumą.

    „Tik bandydami realiomis sąlygomis suprasime tikruosius technologijos apribojimus ir tai, kas būtina, kad ji veiktų lauke“, – sakė NRL fizikas Justinas Lorentzenas.

    Demonstracijoje taip pat akcentuota galimybė greitai šalinti gedimus vietoje. Bandymų metu buvo sutvarkytas vienas svarbus komponentas ir sistema per palyginti trumpą laiką grįžo į darbą, o tai gali būti lemiama, kai kiekviena minutė svarbi.

    Artimiausiuose etapuose platformą planuojama toliau demonstruoti JAV jūrų pėstininkams, sausumos pajėgoms ir kariniam jūrų laivynui, kad būtų surinkta grįžtamoji informacija ir tikslinami techniniai sprendimai prieš galimą platesnį diegimą.

  • Japonija svarsto Saulės panelių žiedą aplink Mėnulį: kaip energija būtų perduodama į Žemę

    Japonijoje vėl aptariama ambicinga idėja: aplink Mėnulio pusiaują įrengti milžinišką Saulės elektrinių juostą, kuri nuolat gamintų energiją ir ją perduotų į Žemę. Koncepcija remiasi tuo, kad skirtingos Mėnulio vietos apšviečiamos skirtingu metu, todėl bent dalis sistemos galėtų dirbti beveik be pertraukų.

    Viename dažniausiai cituojamų projekto scenarijų minima maždaug 11 000 kilometrų ilgio ir apie 400 kilometrų pločio konstrukcija. Ji būtų formuojama iš Mėnulio grunto, ant kurio montuojamos Saulės panelės, o pagaminta elektra paverčiama į perduodamą signalą ir siunčiama į priėmimo stotis Žemėje.

    Pagrindinė siūloma kryptis yra belaidis perdavimas mikrobangomis arba lazeriu, nukreipiant spindulį į dideles antžemines priėmimo aikšteles. Tokios technologijos teoriškai įmanomos, tačiau praktikoje reikalauja itin tikslaus spindulio valdymo, patikimų saugiklių ir aiškių tarptautinių taisyklių, kad perdavimas nekeltų rizikos aviacijai, ryšiams ar žmonėms.

    Kita projekto dalis yra infrastruktūra Mėnulyje: energiją dar reikėtų surinkti, paskirstyti ir perduoti per ilgas linijas, kad sistema išlaikytų gamybą, kai dalis žiedo atsiduria tamsoje. Tai reiškia tūkstančius kilometrų laidų, jungčių, keitiklių ir nuolatinį techninį aptarnavimą.

    Vienas didžiausių Mėnulio privalumų yra praktiškai atmosferos nebuvimas: nėra debesų, audrų ir kritulių, kurie Žemėje mažina Saulės elektrinių našumą. Esant tinkamai priežiūrai, Saulės spinduliuotė ten būtų stabilesnė, o energijos gamyba labiau prognozuojama.

    Tačiau yra ir esminis trūkumas: Mėnulio para trunka apie 29,5 Žemės paros, todėl vienoje vietoje maždaug dvi savaites būna diena, o po to panašiai tiek pat tęsiasi naktis. Dėl to žiedo idėja ir atsirado kaip būdas „perkelti“ gamybą ten, kur tuo metu yra Saulė.

    Didžiausias iššūkis yra projekto mastas ir logistika: reikėtų masiškai gabenti įrangą, automatizuoti statybą ir užtikrinti, kad konstrukcijos būtų montuojamos iš vietinių medžiagų. Būtent todėl dažnai minimas Mėnulio grunto panaudojimas kaip pagrindo, kad nereikėtų iš Žemės atskraidinti visos konstrukcijos.

    Priežiūra būtų ne mažiau sudėtinga: Mėnulio dulkės yra abrazyvios, temperatūrų svyravimai ekstremalūs, o radiacija didesnė nei Žemėje. Net ir pažangūs robotai turėtų veikti ilgus metus, o gedimų šalinimas tokioje aplinkoje galėtų tapti nuolatiniu projektu projekto viduje.

    Viešojoje erdvėje taip pat minimos datos, kad statybos teoriškai galėtų prasidėti apie 2035 metais, tačiau tai labiau iliustruoja ambiciją nei garantuotą grafiką. Kol kas tokio masto energetikos sistema Mėnulyje išlieka koncepcija, kurios realumą lems technologijų pažanga, kaštų kritimas ir politinis susitarimas dėl saugaus energijos perdavimo.