Програма «Майстерні інновацій» ФІОП РОСНАНО і МГУ імені М.В.Ломоносова підвели підсумки конкурсу «Моя лабораторія». Ми із задоволенням публікуємо кращі роботи.
У Санкт-Петербурзі, на одній з головних вулиць Василівського острова, в самому центрі старого міста, знаходиться з першого погляду нічим не примітний двоповерховий будинок червоного кольору. Однак, як ми знаємо, зовнішність часом буває оманлива. У цьому непоказному будові ще 150 років тому вершилися справи державної ваги, складалися документи, що змінили історію Росії, наприклад, про скасування кріпосного права, які дарували свободу російському кріпосного населенню.
Васильєвський острів, Кадетська лінія 3б, «Червоний будиночок»
У наші дні, півтора століття тому, на перехресті Великого проспекту і Кадетському лінії відбуваються не менш важливі події. Зараз в цій будівлі розташований Міжнародний інститут «Фотоніки і Оптоінформатікі» Університету ИТМО, де кращі уми в області терагерцовий спектроскопії, метаматеріалів і голографії також роблять людство більш вільним і незалежним, досліджуючи незвідані області фізики і здійснюючи відкриття, які в майбутньому стануть на благо людей у усьому світі.
Фотоніка - це область науки і техніки, пов'язана з використанням світла в пристроях і системах, в яких генеруються, змінюються, поширюються і детектируются оптичні сигнали.
У свою чергу, оптоінформатіка - це область фотоніки, в якій використовуються оптичні технології передачі, прийому, обробки, зберігання і відображення інформації.
Ці розділи науки є порівняно новими, проте на них покладаються великі надії з розробки інноваційних технологій для науки, техніки і повсякденному житті. Всього в декількох регіонах Росії можна зустріти установи з подібною спеціалізацією, одним з яких є кафедра «Фотоніки і Оптоінформатікі» Університету ИТМО, що лідирує в області оптичних технологій не тільки в Росії, але і по всьому світу.
Що ж, давайте почнемо нашу імпровізовану екскурсію з ще однією історичною посилання. До недавнього часу будівля, в якому нині розташовується кафедра, належало Державному оптичного інституту ім. Вавилова, який на той момент був головною рушійною силою СРСР в оптиці. У «Червоному будиночку», як його зараз називають студенти і співробітники, на той момент працював один з найзначніших діячів в галузі вітчизняної та світової голографії - академік Юрій Миколайович Денисюк.
Академік Юрій Миколайович Денисюк
Пройшли роки, однак багато традицій не змінилися, і до сих пір на кафедрі «Фотоніки і Оптоінформатікі» значна частина досліджень проводиться в області прикладної голографії.
Голографією спочатку називалася особлива методика запису і відновлення тривимірних зображень об'єктів, що відрізняється максимальною реалістичністю. «Не можна відрізнити від реальних об'єктів могла бути досягнута через те, що на голограму записується не зображення об'єкта, а зображення хвильових полів, які від нього відбиваються» - говорить співробітник лабораторії «Прикладної голографії», магістрант 1-го курсу Володимир Борисов.
«По суті, коли ви дивитеся на якийсь предмет, насправді ви бачите не його, а світло, який від нього відбивається. Як відомо, світло має властивості і частки, і хвилі. Якщо розглядати світло як хвилю, то він має наступні оптичними параметрами: довжиною хвилі, інтенсивністю випромінювання, поляризацією і фазою. Відбиваючись від предмета, світло утворює його хвильове поле, яке ви, власне, і бачите. Якщо назустріч цьому хвильовому полю пустити світлову хвилю, яка буде узгоджена з відбитим світлом по фазі і часу (тобто буде когерентна йому), то на місці перетину її з хвильовим полем предмета буде виникати інтерференція - явище перерозподілу світла в просторі. В середині XX століття вчені-оптики з'ясували, що якщо будь-яким чином записати отриману картину інтерференції (по суті це і означає «записати голограму»), то вона збереже в собі всі властивості і оптичні параметри хвильового поля, за допомогою якого була утворена. Таким чином, якщо ви знову посвітити на цю картину, то побачите предмет, хвильове поле якого було зареєстровано. Причому побачите його так, як ніби він знаходиться прямо перед вами », - пояснює Володимир.
Дільник лазерного випромінювання, необхідний для створення картини інтерференції
Через деякий час після освоєння голографії, як окремої галузі науки, вчені зрозуміли, що цей механізм можна використовувати не тільки для створення тривимірних зображень, чим зараз займається так звана образотворча голографія, але також застосовувати голографічний підхід у багатьох пристроях, починаючи від найпростіших світлофільтрів, і закінчуючи голографічного пам'яттю і технологіями штучного інтелекту.
Під час досліджень в лабораторії прикладної Голографії панує темрява, а всі предмети навколо фарбуються в зелений колір лазерного випромінювання
Основна діяльність Володимира в лабораторії прикладної голографії спрямована на вивчення властивостей так званих реєструють матеріалів, в яких і відбувається запис голограм. Він сподівається, що в результаті досліджень його наукової групи будуть виявлені матеріали для запису, які б краще підходили для створення пристроїв пам'яті на основі голограм.
Також, на кафедрі є лабораторія «терагерцовий біомедицини», в якій досліджують вплив терагерцового випромінювання на різні біологічні об'єкти. Для довідки: терагерцовий випромінюванням називається електромагнітне випромінювання в інтервалі частот від 0,1 до 10 ТГц. Найменування приставки "тера" походить від грецького слова τ # 941; ρας, що означає чудовисько, тобто одиниць з вказаною приставкою «жахливо багато».
Студенти і співробітники лабораторії «терагерцовий біомедицини»
Елементи установки імпульсного терагерцового спектрометра
«Ви, мабуть, знаєте про таке захворювання, як цукровий діабет. Його симптоми виражаються в порушенні природного механізму регуляції рівня глюкози в крові, властивого здоровій людині. Занадто низький рівень може привести до нестачі необхідних мозку вуглеводів, що призведе до загибелі нервових клітин. У той же час високий рівень глюкози згущує кров, а це призводить до посиленого утворення тромбів - свого роду відкладень на внутрішніх стінках судин, які перешкоджають кровообігу. Тромбоутворення - необхідний в нашому житті процес. Інакше ми спливали б кров'ю від будь-якої подряпини, однак закупорювання судин може призвести до варикозної хвороби, гангрени або навіть летального результату », - пояснив Святослав.
Мета проведених розробок - створення методики, що дозволяє отримувати дані про концентрацію глюкози неінвазивним чином, іншими словами - без проколу пальця пацієнта. Це допоможе знизити витрати на тест-смужки, зменшити забруднення навколишнього середовища, зберегти шкіру і капілярну систему пацієнтів, з якої робиться забір крові, знизити дискомфорт пацієнтів, виключити ризик зараження крові, і, що найголовніше, підвищити частоту, з якою пацієнт зможе контролювати свій рівень глюкози, що призведе до зниження кількості ускладнень і летальних випадків », - розповів важливість і актуальність своїх досліджень Святослав.
Призма, що дозволяє затримати випромінювання в схемі терагерцового спектрометра
Ще один перспективний напрям фотоніки - розробка і дослідження метаматеріалів - сформованих і особливим чином структурованих середовищ, що володіють електромагнітними властивостями, складно досяжними технологічно, або не зустрічаються в природі. Теоретично, такі матеріали дозволять створювати покриття з надзвичайними властивостями.
Графен - один з видів метаматеріалів, що володіє екстраординарними властивостями
Одне з таких властивостей, над яким працює співробітник лабораторії «терагерцовий біомедицини» Єгор Гурвіц - це невидимість. «Історія про артефакт, що дозволяє робити об'єкт невидимим, сходить до давньогрецького міфу про Персея, і є однією з найпопулярніших міфологем, яка і зараз розбурхує уми людей. Однак вчені зрозуміли цей міф буквально і з повною віддачею взялися за вивчення проблеми невидимості. Для того щоб зробити об'єкт невидимим, необхідно всього кілька факторів: щоб сонячне світло не відбивався від замаскованого об'єкта, але відбивався від ландшафту, розташованого за маскируемое об'єктом, і потрапляв в око спостерігача тим же шляхом, як якщо б він маскував об'єкта не було! Звичайно, існують деякі обмеження на маскування в видимому діапазоні (кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан), але прогрес в цій області дійсно вражає і заслуговує на увагу. На сьогоднішній день вже створено технології та покриття, що дозволяють маскувати літаки від радіохвиль (так звані Stealth технології), проте ці технології не працюють, якщо літак опромінюють два і більше радара, або вони випромінюють радіохвилі з іншого довжиною хвилі.
Принципово інший підхід для маскування об'єктів дозволяє реалізувати трансформаційна оптика. Пристрої на основі трансформаційної оптики теоретично представляють ідеальне маскує покриття за рахунок використання субволнових структур, що створюють спеціальне розподіл електромагнітних параметрів, яке дозволяє хвилі безперешкодно обігнути маскується об'єкт так, як якщо б його і не було. Що ж, чекаємо подальшого розвитку субволнових структур, щоб зробити шапку невидимку », - пояснює Єгор.
Єгор Гурвіц наочно пояснює, як могла б працювати шапка невидимка
Крім дослідницької діяльності, кафедра Фотоніки і Оптоінформатікі здійснює також і навчальну діяльність. Більшість співробітників кафедри - це студенти і аспіранти, які поєднують науково-дослідну роботу зі своїм навчанням в Університеті ИТМО. «Коли люди приходять на нашу кафедру після навчання в школі, частіше за все у них немає чітких планів на майбутнє, вони не уявляють, що їх чекає попереду, і не знають, як підступитися до наукової діяльності, - розповідає Алауді Денісултанов, представник студентського оптичного спільноти OSC (Optical Student Chapter). - Не дивлячись на те, що багато студентів першого курсу володіють неабиякою тягою до знань і значним інтересом, вони не знають, як їм можна себе проявити. Наше співтовариство направлено на те, щоб допомогти їм визначитися з науковою діяльністю і направити їх прагнення в потрібне русло. Ми хочемо, щоб процес адаптації до дослідницької роботи у студентів молодших курсів проходив якомога раніше і простіше - це основна функція OSC, і ми всіляко сприяємо її виконання ».
Студентське співтовариство університету ИТМО є одним з найбільших в світі. Щорічно студенти спільноти мають можливість відвідувати різні конференції, в тому числі в Європі і США. Студентське оптичне суспільство щорічно проводить фестивалі для старшокласників, також регулярно проводить збори для своїх членів, організує неформальні заходи для відпочинку, семінари з науковою тематикою, майстер класи, допомагає в організації шкіл і конференцій для молодих вчених, куди запрошуються іноземні фахівці міжнародного класу. Також вільно поширюється інформація про поточні гранти, стипендії, міжнародних симпозіумах, конференціях і семінарах, в яких може взяти участь будь-який студент!
Зимовий виїзд Оптичної студентського осередку Університету ИТМО
Досвід навчання в області нанотехнологічного технопідприємництво
У цьому опитуванні ми просимо поділитися досвідом і Вашим ставленням до нанотехнологічної технопідприємництво і суміжних галузей. Заранее спасибо за Вашу небайдужість!
Проектна робота
Сьогодні стає все більш популярною так звана проектна робота школярів, однак на цей рахунок є дуже різні думки. Ми були б вдячні, якби Ви висловили коротко свою думку з цього приводу шляхом голосування. Заздалегідь вдячні!