211service.com
Inteligentne włókna
Lasery o dużej mocy, wchodzące w ciało wewnątrz cienkich włókien optycznych, mogą szybko i precyzyjnie spalić guzy wyściełające przełyk, jelita lub oskrzela. Istnieje jednak ryzyko: jeśli ścianki włókien ulegną uszkodzeniu, wiązka światła laserowego może uciec i uszkodzić zdrową tkankę.
Teraz badacz z MIT, Yoel Fink, profesor nauk o materiałach, i naukowiec z MIT Mehmet Bayindir opracowali światłowody, które są połączone z własną, wrażliwą na ciepło elektroniką, które mogą być wykorzystywane do monitorowania rozwijających się defektów podczas pracy lasera – z czasem zamknąć go przed awarią. *
Ta wrażliwość może zapobiec potencjalnie masowym uszkodzeniom zdrowych narządów, mówi Henry Du, badacz światłowodów i szef inżynierii chemicznej, biomedycznej i materiałowej w Stevens Institute of Technology w Hoboken w stanie New Jersey.
To jeden z nielicznych przykładów pięknych badań uniwersyteckich, które przekładają się na zastosowania, w których można dokonać ogromnej różnicy w opiece zdrowotnej, mówi Du.
Wykrywanie usterek, zwłaszcza przy dużej mocy, gdzie trzeba je wyłączyć, jeśli zawiedzie, to absolutnie dobry pomysł, zgadza się fizyk z Rutgers University Jim Harrington, były prezes Międzynarodowego Towarzystwa Inżynierii Optycznej.
Włókna optyczne ze zintegrowaną elektroniką mogą być wrażliwe nie tylko na ciepło, jak w zastosowaniach laserowych, ale także na światło, wibracje i być może chemikalia, mówi Fink. W dalszej przyszłości inteligentne włókna, zdolne do wykrywania, przetwarzania informacji i przechowywania danych, mogłyby zostać wplecione w tkaninę.
Włókna Finka przepuszczają laser o dużej mocy przez pusty rdzeń wyłożony wysokiej jakości lustrem. Aby wykryć początkowe pęknięcia, naukowcy z laboratorium Finka otoczyli lustro materiałem półprzewodnikowym, którego przewodnictwo elektryczne zmienia się wraz z temperaturą. Te zmiany przewodnictwa można wykryć za pomocą metalowych drutów biegnących wzdłuż włókna. Gdy przewodność zmienia się gwałtownie, przewody sygnalizują usterkę, a sterownik może automatycznie wyłączyć laser.
Aby wyprodukować włókna o grubości nieco ponad milimetra, Fink zaczyna od cylindrycznej preformy, która ma dokładną geometrię gotowego włókna, ale jest znacznie grubsza. Forma ta jest następnie podgrzewana i wyciągana w znacznie dłuższe, cieńsze włókno. Z 30-centymetrowej preformy można zrobić jednokilometrowe włókno.
Fink mówi, że wyzwaniem w produkcji włókna było znalezienie lub wytworzenie materiałów, które można było stopić i rozciągać bez rozdzielania.
Do tej pory grupa wykazała jedynie, że samokontrolujące się światłowód działa z falami światła o średniej podczerwieni. Przyszłe zastosowania, takie jak laserowe wiertła do zastosowań w stomatologii lub lasery do utwardzania żywic epoksydowych, będą musiały wykorzystywać różne długości fal.
Inne lasery o dużej mocy, takie jak te używane do cięcia i spawania metalu w produkcji samochodów, będą wymagały włókien, które będą w stanie obsłużyć znacznie większą moc niż obecne, mówi Fink.
Według Du. obecne zastosowania są jednak wystarczająco obiecujące. Nie mam wątpliwości, że włókna odniosą sukces i będą powszechnie stosowane – mówi.
* Ta historia została zmieniona w poniedziałek, 21 listopada 2005 r. Pierwotnie zdanie to brzmiało: Teraz naukowiec z MIT Yoel Fink, profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej, opracował światłowody, które są połączone z własną wrażliwą na ciepło elektroniką, która może być używana do monitorować rozwijające się defekty, gdy laser jest w użyciu – na czas, aby wyłączyć go przed awarią. W rzeczywistości praca, wykonana w laboratorium Yoela Finka, została wymyślona i zainicjowana przez naukowca z MIT, Mehmeta Bayindira.