Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Славянке скучно

Новейшие достижения в области лазерной фотоники

Новейшие достижения в области лазерной фотоники

C 24 по 27 июня 2019, в Мюнхене прошла выставка достижений в области лазерной фотоники (Laser World of Photonics). За минимум 54€ в день, или 105€ за долгосрочное посещение в течение недели, посетителям предлагалось ознакомится с новшествами в области лазеров и оптоэлектроники, оптики, биофотоники и медицинской техники, и множеством новейших оптических и лазерных технологий для всевозможных точных измерений, освещения, безопасности.

На сегодняшний день, оптику и лазерную технику выделяет серьёзность и следование уже сложившимся традициям, и в отличии от быстро меняющихся технологий других областей, как например искусственного интеллекта или обработки данных. Однако, разработки в области фотоники не так хорошо известны широкой публике. Конечно, нас можно порадовать появлением новых портативных сенсоров для нашего смартфона, но до появления новинки никто не фантазирует на счет возможных функций. Их появление воспринимается как приятное дополнение. Скорее всего мы более подвержены обсуждению вклада инновации в нашу социальную сферу.

Поэтому, в то время как мы бурно обсуждаем преимущество или опасность Искусственного Интеллекта, встроенного в алгоритм Facebook или автономно-управляемый автомобиль, где-то совсем незаметно происходит прорыв в области флуоресцентной микроскопии.

В этом 2019 году количество посетителей выставки снова выросло, приближаясь к 33 000. Выросло и количество презентаций. Но что действительно заставило удивиться даже самих организаторов выставки – возросшее число качественных инноваций! Так, в традиционном призовом фонде выставки вместо одной номинации пришлось сделать три, ибо слишком сложно было сделать выбор в пользу чего-то одного.

И так, что же явилось в этом году качественных скачком в области фотоники и какие три разработки участвовали в номинации.

В номинации Био-фотоника и Медицинская техника, представлен фазовый фемто-секундный лазер для использования в три-фотона-микроскопии от немецкой фирмы Cycle GmbH. Эта фирма находится в Гамбурге и разработала этот достаточно необычный прибор, назвав его Soprano. С помощью него можно заглянуть внутрь живой материи, примерно на глубину одного миллиметра. То есть не нужно резать, убивать… смотри себе на процессы без вреда животным и растениям! Действие прибора намного гуманнее – мы выбираем место на теле или органе, вводим туда специальный краситель (наивно полагая его абсолютную безвредность), и светим на него электромагнитным излучением, возбуждая электроны частиц красителя. Когда через несколько наносекунд электрон в частицах красителя возвращается на свой исходный уровень, выделяя фотон, создается излучение в частицах красителя, которое и направляется в наш прибор-микроскоп. Таким образом следуя «свету» от красителя, мы можем наблюдать перемещение (окрашенной) жидкости в тканях. Однако, точность такого прибора не особенно высокая, ибо в фокус попадают множество соседних источников изучения, не связанных с введённым в ткани красителем. Инновация же от фирмы Cycle GmbH состоит в том, чтобы использовать излучение ни одной длины волны, а сразу нескольких, да так чтобы две или лучше три разные длины волны отправляли электрон окрашенной жидкости на тот же самый возбуждённый уровень. Тогда, и интенсивность облучения возрастает, и вероятность поглощения фотона возрастает с квадратичной зависимостью от интенсивности, то есть с трёх длин волн мы имеем девятикратное (32) увеличение точности, а это значит что в фокус нашего микроскопа попадают в 9 раз больше желаемых фотонов, находящихся в вспомогательной окрашенной нами жидкости, чем от не желаемых спонтанных фотонов. В дополнение, прибор Soprano, использует для возбуждения лазеры длин волн 1.3 и 1.7 микрометров, на которых вода не поглощает, позволяя излучению пройти более длинный путь в тканях.

В категории «Лазеры и Оптоэлектроника для освещения и энергетики» был представлен прибор MultiHarp 150 от берлинской фирмы PicoQuant GmbH. Это прибор для детектирования отдельных фотонов коррелированных во времени (Time-correlated single photon counting, TCSPC) … Ну, совсем не понятно кому нужно считать отдельные фотоны! Однако техника TCSPC одна из основных для Флуоресцентной микроскопии. При этом объект исследования подвергают короткими лазерными импульсами. Далее объектом исследования становятся не сами фотоны, а время, которое требуется возбужденным электронам материи для обратного перехода в нормальное состояние. Подобно атомному распаду, это время назвали флуоресцентным распадом. По показаниям распада строится трёхмерная карта по поверхности объекта облучения. Прибор MultiHarp имеет чувствительность измерения до 80 пикосекунд - с такой скоростью свет проникает на расстояние до 2.5 сантиметров, и в живой материи можно получать карту менее чем за секунду. А это значит что можно буквально наблюдать жизненные процессы клеток при условии что из длительность превышает этот интервал хотя бы в несколько раз - для получение движущейся картинки. Вот по этой ссылке можно найти более чем полное объяснение технологии: Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) и посмотреть как выглядит изнутри относительно живое яблоко…

Далее пошли! В номинации “Сенсорика” была представлена система распознавания образов XperYenZ фирмы TrimaniX GmbH. На первый взгляд очень тривиальная система, из обычной индустриальной камеры инфракрасного проектора, помогающая роботам выхватывать определенный предмет из кучи хаотических предметов. Однако инновационная идея состоит в том, что целевой предмет опознается не по отражению от него, а по целому набору оптических свойств каждой из 2000 заданных точек на поверхности объекта. Диффузное рассеяние и объемное рассеяние, как лишь несколько параметров определяющих профиль излучения каждой точки - все измерения поступают для оценки в особый алгоритм, основанный на принципе простого алгоритма оценки расстояний… Компания отказалась давать более подробную информацию насчёт технологии, что несколько обескураживает в случае присвоения номинации. Как мне кажется, закрывай не закрывай ты свои технологии, все равно они станут доступны, и нужно разрабатывать все время что-то новенькое. Но фирма обещает что с помощью прибора можно распознавать не только форму и цвет, но и материал предмета, ибо в основу вычислений также закладывается модель параметров различных материалов и их отражающих свойств. Фирма так же обещает что их технология позволяет расширить границы существующих систем в случае прозрачных предметов, как например целлофановые пакеты. В списке обещаний для технологии также распознавание жестов.

Было так же представлено практическое решения в категории «Лазеры и Лазерные системы» для сварки микро-структур от фирмы Thrumf GmbH. На зелёной волне 515 nm их TruDisk 1kW лазера с высокой точностью фокусировки можно быстро сварить две медные поверхности, независимо от степени окисления. Высокая фокусировка позволяет сделать сварку даже 50-микрометрового кабеля. А благодаря специальному кристаллу, позволяющему разложить 1030 nm инфракрасное излучение на две составляющие по 515 nm, удалось сделать технологию сварки приемлемой для долгосрочного бесперебойного применения на продукционных линиях.

И наконец в категории «Оптика для производства Оптики»,фирма Nanoscribe GmbH представила несколько своих уникальных микролинз и дифракционных-оптических элементов, сделанных по технологии Полимеризации Двух Фотонов (Two-photons Polymerization). С помощью этой технологии производиться точечное уплотнение внутри жидко-кристаллических материалов, с образованием очень точных наноструктур. Например для бездефектных литографических шаблонов.

Большой популярностью на выставке так же пользовалась система воспроизведения трехмерных объектов внутри прозрачного цилиндра, создающее впечатления систем телепортации из Звёздных Войн... Ох и не помню я как фирма та назвалась...!

В заключение хочу напомнить что следующая выставка LASER World of PHOTONICS состоится  с 21. по 24. Июня 2021 на просторах Messe München. А следующий World of Photonics Congress  пройдёт с 20. по 24 Июня 2021.

Славянке скучно

Зачем молодому немцу наука?

Помотавшись в «Европах» более 10 лет, я, наконец, вошла в контакт с местной цивилизацией. Имея ввиду прежде всего Германию, я уже давно для себя отметила нежелание немцев общаться с приезжими. И даже по прошествии многих лет, живя вместе с ними, работая как все, мне не удалось найти душевных знакомых. И надо сказать – уже и не хочется. Более того, интерес к людям у меня совсем трансформировался, личное стало совсем не интересным. Но иногда попадаются думающие индивиды, о которых очень хочется понять больше, чем просто моё о них поверхностное представление. Два таких, совершенно противоположных молодых человека, встретились мне недавно на пути. Оба они, не будучи моими студентами, в какой-то мере всё же отражают некоторые модные направления, которые я наблюдаю и у себя в группах с чисто немецкой аудиторией.

Итак, первый из встретившихся мне - мой (нечаянно так быстро выросший) сосед. Я знаю его с давних пор, еще когда он на машинках гонял в родительском дворе. Парнишка был совершенно непривлекательным, но родители уделяли ему достаточно времени. Так, в келлере у них появилась мастерская по обработке дерева, потом мальчик сам стал вырезать столы и стулья, и в прошлый новый год пригласил всех соседей к себе в келлер, который к тому времени был мастерски преобразован в небольшую доморощенную пивную, со стойкой и мамой, реформированной в официантку. С отцом они разошлись, но дедушка оказался замечательным учителем, рассказывающий кучу интересных историй, в том числе и военных. И всё бы хорошо, и я уже наслаждалась обществом и вниманием молодого и красивого человека, и нашей неспешной беседой, как бы вдали от общего пивного шума, о смысле жизни. Но в какой-то момент, мне стало немного не по себе. Оказалось, что умный и красивый, он совсем не хочет покидать родной дом, и учится он тоже не хочет. И что там вообще в мире есть чего нет у него, в доме и большом саде-огороде? Это меня не столько возмутило, ибо я тоже так считаю после всех этих жизненных мытарств. И согласитесь, в приличном возрасте уже не особо тянет на новые приключения, всё потому, что новые ожидания так систематически приводили к разочарованиям. Ну, да ладно, подумала я. Пусть он молод, и не хочет делать те же ошибки. Может его дед убедил его, а может парнишка просто умнее меня… Так рассуждая, я обнаружила, что мы плавно перешли и к другой волнующей человечество теме – жизнь на планете Земля. Так вот что мне поведал этот сельский европейский мальчик – «за жизнь на Земле не стоит беспокоиться. Она сама возникает везде, где только не попадя.»

Поздно уже было, но это высказывание заставило меня встрепенуться. Сначала я внутренне посмеялась над ним, думала, что товарищ перетрудился на огороде, борясь с сорняками. А потом всё же я ещё долго ловила себя на этой мысли, и меня не отпускал этот вопрос, на который у меня до сих пор нет ответа - возникает ли жизнь сама? Это ли есть её свойство? И можно ли плюнуть к чертям на эту возню вокруг климата, ибо, даже испортив на этой Земле всё, жизнь будет продолжать развиваться или хотя бы законсервируется настолько, что сможет возникнуть снова в благоприятных условиях, которые обязательно наступят. И не это ли есть правильно? И что получается, что мои усилия на спасение всего и вся на этой планете напрасны? Я давно не решалась себе в этом признаться. Как и немцы, я перестала называть вещи своими именами, а потому вполне вероятно то, что и я зашла в тупик.

Другая крайность встретилась мне недавно в вагоне поезда в виде молодого совсем, но достаточно неопрятного человека. В силу нехватки мест, нам пришлось сесть достаточно тесно, и беседа завелась сама собой. Сначала про немецкую железную дорогу, про поезда и про забастовку, а уж потом и про магнитные технологии, и почему они до сих пор не освоены в Германии. Парнишки номер два оказался совсем молодым, школьником. Но рассуждал уже достаточно трезво и осторожно. Наверное, мой вид типичного университетского лектора развязал ему язык, ибо обычно немцы не говорят с незнакомыми женщинами на темы новых технологий, пологая не информированность собеседниц. Но этот молодой человек пошёл куда дальше, и за короткую дорогу успел признаться мне, что очень интересуется гравитацией. И что он хотел бы понять, почему никто не работает в направлении развития гравитационных источников энергии. И что он хотел бы учиться дальше там, где гравитация изучается по полной программе. Я, конечно посоветовала ему посмотреть в сторону астрофизики, но тут же, я к моему стыду, подумала, что это какой-то ненормальный, и не вытянет ли он сейчас в полном поезде из рюкзака какую-нить самодельную гравитационную бомбу, тем паче, что первые волосы на лице были давно не сбритыми… Но может мне повезло – поезд подъехал к конечной станции, и я с большим удовольствием выскочила оттуда, держась как можно подальше от толпы выходящей…

Адекватность обоих собеседников для меня остаётся загадкой. Учиться или не учиться – вот вам и вопрос! И зачем, и у кого? – этот вопрос всё больше волнует молодёжь, которая ещё только на пути выбора. И действительно, что может притягивать молодёжь к науке сегодня? Ли к тому, что раньше называлось наукой. На грани поколений, я вижу и тех, кто уже сидит внутри системы, и совсем уже не спрашивает про надобность изученного – эти просто пашут. И я чувствую огромную ответственность, выбирая тему следующей лекции. Надо сказать, что я не просто преподаю, но ещё и работаю на рентабельном европейском предприятии,и ещё имею своё небольшое дело в ИТ. То есть, я примерно представляю какие темы нужны сегодня выпускникам моего технического направления. Но в моих группах всё ещё царит классическая дисциплина, и некоторые студенты до сих пор спрашивают меня о лекциях предшественницы, на которых люди особо не заморачивались вопросом «как это работает», а просто крутили ручку уже готовой программы, хотя и совсем устаревшей. Это было бы удобнее, конечно. И никакой математики! Чем я могу оправдать их старания, их мытарства по жизни? Я вижу, что они все стараются, что их родители платят деньги, они сидят в переполненных поездах, они конкурируют с тучей дешёвых иностранцев, они стали немного второсортными в своей стране, требующей от них неизвестно чего – вчера ещё от них хотели постоянства и педантичной аккуратности, сегодня от них нужно бесконечное желание прогибаться под условия бизнеса, переезжать, без перспектив и без особых надежд, хотя бы на постоянную позицию. И тем более в науке, где любой развитый и умный человк раньше или позже обречен понять лишь то, что наука уже не есть 100%-ное удовлетворение интересов общества или самого индивида. До фундаментального научного ведь часто и не доходит, потому, как перед важным идёт практическое. Для массы не особо умных, однако, сегодняшняя наука есть самое правильное - по маленьку, по направляющей, делаются небольшие порывы в направлении или против него, доказать сегодня и опровергнуть завтра небольшую лабораторную ошибку – всё на что может рассчитывать одно интеллигентное лицо. Дальше можно стать руководителем нескольких лиц, и опровергать ошибку дугой группы лиц,… и что бы через 10 лет признать, что в принципе то, ничего и не изменилось. И где большие прорывы выглядят как большие обманы, которые трудно опровергнуть...

Ну вот, хотела ведь про диффузные спектры рассказать, и снова заныла…
Обязуюсь – следующий раз всех вдохновлю на поиск слабых спектральных линий в измерениях межзвёздного пространства.
Славянке скучно

Есть мнение

Есть мнение о том, что Наука О Климате отличается от всех остальных наук тем, что научные мнения о харрактере изменений расходятся, так же как и околонаучные. И что именно поэтому и не наука это вовсе, ибо нет в ней консенсуса. A школьный учебник по такой науке пришлось бы обновлять каждую неделю.
Оригинал в статье fregimus, где автор делает попытку показать антинаучность, опираясь на количество мнений вообщем о выводах этой дисциплины.

Очень захотелось ответить автору.

Позвольте мне предположить, что разница в количестве мнений на счёт Науки О Климате возникла за счёт
а) чувствительности человека к измененниям погоды, которые позволяют быстро интерпретировать любые изменнеия климата как потепление или похолодание;
б) неопределённость научных выводов, пусть даже в несколько процентов;
в) и конечо же, особое старание учёных в этой области донести свою науку до простого человека. Постарались на славу.

Вот и получается, что если в другой области физики, например в космологии, некая неопределённость в выводах о том, существовует ли (найденный уже!) бозон Хигса , скорее всего никак не отразится на жизнедейтельности человека. Да и зачем ему знать об этой неопределённости? А про климат может поговорить всякий. Каждый ведь знает как отразится потепление на 2 градуса на его личную продуктивность в офисе в июле, например, когда за окном и так 35-50°C. И поэтому тема эта ко всему тому ещё и очень эмоциональная.

Однако спешу заверить вас (и автора вышеназванной статьи), что в космологии творится намного больший хаос, но о нем не поговоришь особо, потому как простому человеку, и даже простому образованному человеку, не понятно практически ничего. Вообще, после Энштейна, многие отделы теоретической физики представляют собой жалкое поле открытий, где почти каждая теория противоречит одной или нескольким старым и/или новым теориям, и так же не имеет особых шансов на подтверждение измерениями. Например, относительно небольшое искривление пятого измерения пространства, за "открытие" которого все космологи цитируют статьи Лизы Рандалл, не так то просто опровергнуть, так же как и то, что все чёрные дыры полны дедов морозов...