Τρίτη, 13 Μαΐου 2014

Θεαματικές εξελίξεις σε εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας!



Η τεχνολογία έχει φτάσει σε απίστευτα επίπεδα και με χαρά γράφω όταν υπάρχουν θεαματικές εξελίξεις με εφαρμογές, που μπορούν να βοηθήσουν το περιβάλλον και την υγεία. Ήταν πριν ένα χρόνο  περίπου, που συζητώντας με μια ελληνίδα της Ελβετίας, μου περίεγραφε τις υψηλές σχεδιαστικές εφαρμογές για διαστημικά πρότζεκτς και τεράστιους βραχίονες, όπου αρχιτεκτονικά σχεδίαζαν.  Ανακοινώθηκε και επισήμως ότι κατασκεύασαν δύο ρομποτικούς βραχίονες με ξεχωριστές δυνατότητες και εφαρμογές, ερευνητικές ομάδες στην Ελβετία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Ενώ οι πρωτιές δεν σταματούν και από τα ελληνικά επιστημονικά Ιδρύματα στον τομέα της έρευνας. Πριν 2 μέρες διάβασα για τη δέσμη λέιζερ ατόμων, επτά φορές ισχυρότερη από ότι είχαν καταφέρει μέχρι σήμερα οι επιστήμονες και που δημιούργησε η ερευνητική ομάδα του του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής & Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) στην Κρήτη. 

Ερευνητές της Σχολής Μηχανικής του Ομοσπονδιακού Πολυτεχνείου της Λωζάννης (EFPL), με επικεφαλής την καθηγήτρια Οντ Μπιγιάρ του Εργαστηρίου Αλγορίθμων και Συστημάτων Μάθησης (LASA) κατασκεύασαν ένα ρομποτικό χέρι με αστραπιαία αντανακλαστικά που μπορεί να αρπάζει ιπτάμενα αντικείμενα σε χρόνο της τάξης των πέντε εκατοστών του δευτερολέπτου. Τα τέστς έγιναν με τη χρήση αντικειμένων π.χ. μπάλες, μπουκάλια, σφυρί, ρακέτα του τένις κ.ά. Πρόκειται για ρομποτικό βραχίονα με ανοιχτή παλάμη, ο οποίος παραμένει τελείως ακίνητος... μέχρι να δει κάτι να πετιέται προς το μέρος του. Το βιονικό χέρι έχει μήκος 1,5 μέτρο, διαθέτει 3 αρθρώσεις και 4 δάχτυλα. Θεωρείται μοναδικό διεθνώς ακριβώς στην ικανότητά του να πιάνει αντικείμενα ακανόνιστου σχήματος σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό ρομποτικής «IEEE Transactions in Robotics».

Το χέρι-ρομπότ  αρχικά θα χρησιμοποιηθεί σε διαστημικές εφαρμογές, καθώς θα ενσωματωθεί σε ένα δορυφόρο για να συλλαμβάνει επικίνδυνα αντικείμενα που πετούν γύρω του. Αυτό είναι καλό, αν αποφασίσουν να μαζέψουν τα διαστημικά σκουπίδια που βρίσκονται σε τροχιά. Το ρομπότ διαθέτει κι ενός είδους τεχνητή νοημοσύνη, καθώς αποθηκεύει και αξιοποιεί στοιχεία σχετικά με τις τροχιές και τις ταχύτητες των αντικειμένων που εκτοξεύονται γύρω του. Η δημιουργός του ρομπότ, Οντ Μπιγιάρ, δηλώνει ότι “τα ρομπότ θα έχουν όλο και πιο έντονη παρουσία στις καθημερινές ζωές μας και θα χρησιμοποιούνται για να εκτελούνται διάφορες εργασίες, συνεπώς θα πρέπει να μπορούν να πιάνουν ή να αποφεύγουν πολύπλοκα κινούμενα αντικείμενα. Χρειαζόμαστε όχι μόνο μηχανές που να είναι ικανές να αντιδρούν άμεσα, αλλά επίσης να προβλέπουν την δυναμική τροχιά του κινούμενου αντικειμένου και να κινούνται ανάλογα”.

Πληροφοριακά η Αρχή Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) ενέκρινε ένα ρομποτικό χέρι για ακρωτηριασμένους ανθρώπους, το εκτελεί πολλαπλές κινήσεις ταυτόχρονα, ακριβώς όπως ένα φυσικό άκρο. Το ρομποτικό χέρι πήρε το όνομα «Λιουκ», από το όνομα του Λιουκ Σκάιγουόκερ, ήρωα του «Πολέμου των Αστρων» που ακρωτηριάστηκε σε μονομαχία με τον Νταρθ Βέιντερ. Το χέρι θα τοποθετηθεί σε πολλούς αμερικανούς στρατιώτες, που ακρωτηριάστηκαν στο Αφγανιστάν, το Ιράκ και σε άλλους πολέμους. Κατασκευάστηκε από την εταιρεία DEKA Arm System, με χρηματοδότηση Υπηρεσία Προωθημένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων (DΑRPA) του αμερικανικού Πενταγώνου. Οι δοκιμές έδειξαν ότι το 90% όσων ασθενών χρησιμοποίησαν το ρομποτικό χέρι, μπόρεσαν να ολοκληρώσουν “λεπτές” κινήσεις με τα τεχνητά δάχτυλα, όπως να χρησιμοποιούν κλειδιά, να τρώνε μόνοι, να ανεβοκατεβάζουν φερμουάρ στα ρούχα τους και να χτενίζονται. Το βιονικό χέρι διαθέτει ηλεκτρόδια που συνεχώς ανιχνεύουν την ηλεκτρική δραστηριότητα των φυσικών μυών του ατόμου και, στη συνέχεια, στέλνουν τα ανάλογα σήματα στον επεξεργαστή του ρομπότ.

Από την άλλη οι ερευνητές στο ΙΤΕ, χρησιμοποιώντας ισχυρότερα πεδία ραδιοσυχνοτήτων, πέτυχαν μια ροή 4 Χ 10^7 (εις την εβδόμη δύναμη) ατόμων/δευτερόλεπτο και προβλέπουν ότι στο μέλλον, εφαρμόζοντας συμπυκνώματα Μπόουζ- Αϊνστάιν με περισσότερα άτομα, θα καταφέρουν σύντομα να αυξήσουν περαιτέρω την ισχύ του ατομικού λέιζερ.Τα λέιζερ ατόμων (ή ατομικά λέιζερ) εκπέμπουν δέσμες ύλης (ροή ατόμων) αντί για δέσμες φωτός (ροή φωτονίων). Όπως σε ένα συμβατικό οπτικό λέιζερ, η δέσμη του περιέχει φωτόνια (σωματίδια φωτός) που κινούνται με συνεκτικό τρόπο στον χώρο, με ανάλογο τρόπο σε ένα λέιζερ ατόμων η δέσμη του περιλαμβάνει εκατομμύρια άτομα. Τα λέιζερ ατόμων βρίσκονται στο αρχικό στάδιο των ερευνών.

 Μέχρι σήμερα, η ροή των ατόμων στα λέιζερ ήταν περιορισμένη, αλλά η νέα έρευνα ξεπέρασε τα έως τώρα εμπόδια, επιτυγχάνοντας ροή επτά φορές μεγαλύτερη από ό,τι είχε επιτευχθεί μέχρι σήμερα. Πιθανές τους εφαρμογές περιλαμβάνουν την  ατομική συμβολομετρία, την ατομική λιθογραφία, την ακριβέστερη μέτρηση μαγνητικών πεδίων, ωστόσο απαιτούνται επιπρόσθετες έρευνες έως ότου υλοποιηθούν. Η ανακοίνωση έγινε από το ΙΤΕ Κρήτης, ότι τα ισχυρότερα μέχρι σήμερα λέιζερ ατόμων συνίστανται σε νέφη ατόμων, που έχουν παγιδευτεί με μαγνητικό τρόπο και έχουν ψυχθεί σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (πρόκειται για τα λεγόμενα «συμπυκνώματα Μπόουζ- Αϊνστάιν»). Αυτά τα συμπυκνώματα είναι τόσο κρύα, που πολλά άτομά τους βρίσκονται στη χαμηλότερη δυνατή ενεργειακή κατάσταση, με συνέπεια να χάνουν την ατομική τους ταυτότητα και να σχηματίζουν μία ενιαία κβαντική οντότητα. Με τη βοήθεια πεδίων ραδιοσυχνοτήτων, τα εν λόγω κρύα συμπυκνώματα τελικά εκπέμπουν μια συνεκτική δέσμη ατόμων, μετατρεπόμενα έτσι σε λέιζερ.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες η επιδεξιότητά του είναι τέτοια, που μπορεί να πιάσει τη ρώγα ενός σταφυλιού.
Χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική, για πρώτη φορά οι ερευνητές δημιούργησαν μια ισχυρή δέσμη ατόμων, που περιείχε ταυτόχρονα μια δέσμη λέιζερ ατόμων και μια πολύ κρύα δέσμη θερμικών ατόμων. Είναι η πρώτη φορά που επιτυγχάνεται μια τέτοια υβριδική δέσμη ατόμων. Η δέσμη θερμικών ατόμων, με θερμοκρασία μόλις 200 νανοκέλβιν, είναι δύο τάξεις μεγέθους πιο κρύα από οποιαδήποτε ανάλογη δέσμη ατόμων έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα. Επικεφαλής στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (από το 2005) της εξαμελούς ερευνητικής ομάδας που -με ευρωπαϊκή και ελληνική χρηματοδότηση- μελετά τα λέιζερ ατόμων, είναι ο Βολφ φον Κλίτσινγκ, ο οποίος σπούδασε φυσική στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου και προτού εργαστεί στο ΙΤΕ, υπήρξε ερευνητής στην Ecole Normale Superieure του Παρισιού, με τον κάτοχο Νόμπελ Σερζ Χαρός, καθώς επίσης στα Πανεπιστήμια Σαπιέντζα της Ρώμης και Άμστερνταμ. 

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον γερμανικής καταγωγής φυσικό Βολφ φον Κλίτσινγκ και τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Βασιλική Μπόλπαση, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό «New Journal of Physics». Η Βασιλική Μπόλπαση αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2006, ενώ έκανε μεταπτυχιακά στην οπτοηλεκτρονική- μικροηλεκτρονική και το διδακτορικό της στα λέιζερ. Συμμετοχή είχε ο επίκουρος καθηγητής Νίκος Ευφραιμίδης του Τμήματος Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και ο Παύλος Κονδύλης του Κέντρου Κβαντικών Τεχνολογιών του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης, καθώς επίσης οι Μάικλ Μορισέι και Μαρκ Μπέικερ από το ΙΤΕ και Ντάνιελ Σαχαγκούν από τη Σιγκαπούρη.