Lietuvos lazerių ir fotonikos technologijų įmonės kuria priešakinius sprendimus mokslui ir pramonei, kurie padės išsaugoti planetą ateities kartoms.
2021 m. lapkričio pradžioje Glazge, Škotijoje vykusioje Jungtinių Tautų klimato konferencijoje COP26 labai aiškiai buvo įvardintos baimės dėl žmonijos ateities. Pasaulio lyderiai, mokslininkai, aktyvistai – visi sutaria, kad jau šiandien reikia imtis visų galimų veiksmų mažinti CO2 emisijas. Dar daugiau, jau dabar reikia kurti priemones, padėsiančias žmonėms adaptuotis prie besikeičiančio klimato atnešamų radikalių pokyčių.
Per artimiausius kelis metus pasaulis turės radikaliai pasukti link tvarios ir netaršios ekonomikos. Pirmiausiai į galvą ateina energetika, sunkioji pramonė ir transportas – šių sričių laukia didžiausios transformacijos. Visgi šios transformacijos negalės įvykti be aukštųjų technologijų pagalbos – tai jos kuria įrankius, kurie padės pasaulio ekonomikos „milžinams“ keisti kursą link tvarumo.
Jaunuoliams, šiandien galvojantiems apie studijas ir turintiems potraukį gamtos mokslams, norintiems prisidėti išsaugant planetą ateities kartoms bei norintiems gyventi pritekliuje verta pagalvoti apie karjerą lazerių technologijų ir fotonikos sektoriuje.
Atsinaujinančią energiją gaminantys saulės elementai, energiją tausojančios LED lemputės, taršių kelionių leidžiantis atsisakyti šviesolaidinis internetas – šios fotonikos technologijos tapo mūsų kasdienybe ir prisideda mažinant taršą bei švelninant klimato kaitą.
Lietuvoje lazerių ir fotonikos technologijų sritis yra viena iš kelių didžiausią potencialą turinčių aukštųjų technologijų sričių – vietinės įmonės kuria technologijas bei paslaugas žymiausiems mokslo ir pramonės centrams. „Reitingai“ pasikalbėjo su keliais sėkmingiausių Lietuvos lazerių ir fotonikos įmonių atstovais apie tai, kaip šviesos technologijos prisideda sprendžiant klimato kaitos ir ekologijos problemas.
Preciziški peiliai
Dar prieš porą dešimtmečių ultratrumpų šviesos impulsų lazerius dažniausiai galima buvo pamatyti universitetų laboratorijose, kur jie buvo naudojami moksliniams tvarių technologijų ir medžiagų tyrimams. Tačiau šiandien ypač tikslūs femtosekundiniai lazeriai vis dažniau naudojami tiesioginėje gamyboje. Pasak „Light Conversion“ direktoriaus pavaduotojo Donato Podėno, įmonės kuriamus labai tikslius lazerius gamybos linijose naudoja žymiausios pasaulio automobilių pramonės, buitinės elektronikos ar energetikos kompanijos.
Nors automobilių pramonės nesinorėtų įvardinti kaip draugiškos aplinkai, visgi lazeriai padeda ją paversti tvaresne – jais gaminamos detalės, kurios leidžia taupyti kurą ir tokiu būdu išmesti į atmosferą mažiau taršalų. Dvi stambios „Light Conversion“ lazerių panaudojimo sritys – tai automobilių žibintuose naudojamų LED šviestukų pjaustymas bei kuro purkštukų gamyba.
„Femtosekundiniai lazeriai leidžia ypatingai preciziškai išpjauti ir suformuoti šviestukų paviršius, tuo tarpu, gaminant kuro purkštukus, mūsų lazerių šviesa „išgręžiamos“ specifinio profilio, tolygiai išdėstytos mikroskopinės skylutės, pro kurias kuras įpurškiamas ypač tolygiai“, – pasakoja D. Podėnas.
Dar viena sritis, kurioje naudojami preciziški femtosekundiniai lazeriai – tai skaidrių ypač kietų ir trapių medžiagų pjaustymas, be kurio neapsieina nė viena išmaniųjų telefonų, planšečių ar laikrodžių gamintoja. Tam, kad nesibraižytų ar kuo sunkiau dužtų, šių prietaisų ekranai bei fotokamerų objektyvai yra gaminami iš specialia technologija sukurto grūdinto stiklo ar safyro. Lazeriai leidžia pjauti šias medžiagas ypač tiksliai, taupiai ir sukuriant kuo mažiau atliekų.
Femtosekundiniai lazeriai vis dažniau naudojami organinių šviesos diodų (OLED) ekranų gamyboje. OLED technologija leidžia atkurti ypač kontrastingus ir ryškius vaizdus televizoriuose, telefonuose ar kituose išmaniuose įrenginiuose. Tačiau OLED yra ypatingai jautrūs temperatūros pokyčiams, todėl pjaunant juos bet kokia kita technologija, pjūvio vietoje dėl aukštos temperatūros didėja pažeidimų rizika. Femtosekundiniai šviesos impulsai yra pakankamai galingi, tačiau labai trumpi, todėl ir temperatūros pokytis atsiranda tik mažyčiame plote.
Podėnas taip pat įvardina, kad lietuviški lazeriai naudojami preciziškam labai smulkių detalių pjovimui, suvirinimui ir ženklinimui – tai leidžia nenaudoti įvairių cheminių medžiagų, pavyzdžiui, klijų ar dažų, kurios dažniausiai yra toksiškos. Nors įmonės nebepila jų į aplinką, tačiau surinkimui ir perdirbimui yra naudojamai energija, kurios gamybos metu išmetamas CO2.
„Sudėjus visas pramonės įmones, kuriose naudojami mūsų pagaminti lazeriai, galėčiau spėti, kad lietuviški lazeriai prisideda galbūt net prie trilijono dolerių apimties gamybos“, – džiaugiasi D. Podėnas.
Pasišiaušę paviršiai
Kita lietuviška šviesos technologijas kurianti ir naudojanti įmonė „Femtika“ kartu su partneriais iš užsienio dalyvauja projekte „FemtoSurf“, kurio tikslas… kova su dumbliais ir ledu.
Iš tiesų, viskas kiek sudėtingiau. Projekte mokslininkai siekia sukurti efektyvią lazerinę technologiją, kuri leistų mikrolygmenyje pakeisti metalinius ar polimerinius paviršius, kad šie įgautų naujas savybes. Labai svarbus aspektas – paviršius pasikeičia, tačiau pati medžiaga nepraranda pagrindinių savybių.
Dėl šylančio klimato pasaulio vandenynuose daugėja zonų, kuriose apstu dumblių, apaugančių metalinius laivų sraigtų paviršius. Šie neprašyti svečiai stipriai padidina vandens pasipriešinimą ir tuo pačiu kuro sąnaudas, o nuvalyti lenktus sudėtingų formų paviršius yra ypač sunku bei brangu.
„FemtoSurf“ projekte kuriama technologija leis taip „pašiaušti“ laivų sraigtų paviršius, kad prie jų dumbliams būtų kuo sunkiau prikibti, o prikibusius – galima būtų lengviau nuvalyti. Panašiai galės būti apdorojami ir lėktuvų paviršiai – tik čia bus kovojama ne su mikroorganizmais, bet su ledu, kuris aviacijoje yra vienas didžiausių priešų.
„Femtikos“ kartu su partneriais kuriama technologija veiks ir priešinga kryptimi – ji leidžia taip „pašiaušti“paviršius, kad medžiagos geriau prie jų prikibtų. Viena iš svarbių panaudojimo sričių – dažų prikibimo prie metalinių paviršių pagerinimas. Taip apdorojus tų pačių lėktuvų ar laivų paviršius, dažant juos nereikės gruntavimo ir smėliavimo prieš dažant, vadinasi, reikės sunaudoti mažiau medžiagų ruošiant paviršių dažymui.
Be to, projekte dirbantys mokslininkai pastebėjo, kad ant taip apdorotų paviršių dažai ilgiau laikosi, todėl reikėtų rečiau perdažyti tokius paviršius. Taip pat tiriamos galimybės metalų paviršius apdoroti taip, kad šie mažiau rūdytų.
Nemirksinčios akys danguje
Šiandien dauguma klimato kaitos ekspertų sutaria, kad net jei rytoj visos pasaulio valstybės staiga imtųsi vykdyti pačius griežčiausius savo įsipareigojimus dėl šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų mažinimo, dalies pokyčių nepavyks sustabdyti. Tad vis dažniau kalbama apie kitą svarbų dėmenį – adaptaciją prie pasikeitusio klimato sukeliamų stichijų. Liūtys ir potvyniai, sausros ir miškų gaisrai, uraganai ir tornadai – jos kyla dėl klimato kaitos, bet tuo pačiu ir prisideda prie jos. Žmonės privalo išmokti adaptuotis, o tai reiškia laiku nuspėti šias stichijas bei apsisaugoti arba evakuotis.
Tam reikia realiu laiku kuo tiksliau stebėti Žemės paviršiuje bei atmosferoje vykstančius pokyčius – stebėjimų duomenys „maitins“ algoritmus, kurie modeliuoja tiek lokalius, tiek globalius pokyčius, tiek artimiausioje, tiek tolimesnėje ateityje. Viena geriausių vietų tokiems stebėjimams – Žemės orbita, o geriausias įrankis – lazeriai.
Kaip tik šioje srityje pluša dar viena lietuviška šviesos technologijų įmonė – lazerių optiką bei komponentus gaminančios „Altechna“, dalyvaujanti tarptautiniame projekte GALACTIC. Kartu su partneriais iš Italijos ir Vokietijos yra ieškoma būdų patobulinti lazeriuose naudojamus aleksandrito kristalus taip, kad jie galėtų saugiai ir efektyviai veikti kosmoso palydovuose sumontuotuose lazerinėse sistemose.
Tokie palydovai leistų stebėti augmeniją įvairiose pasaulio vietose, nuo lapų ar kitų augalo vietų atsispindėjusi lazerio šviesa grįžtų iki jutiklio pasikeitusi. Naudodami šią informaciją, mokslininkai galėtų daryti išvadas apie chlorofilo ar kitų medžiagų pokyčius pačiuose augaluose. Tai savo ruožtu leistų spręsti apie augmenijos sveikatos pokyčius, kuriuos gali lemti temperatūros, drėgmės, dirvožemio pokyčiai ar su kintančiu klimatu atkeliaujantys kenkėjai.
„Tam, kad lazerio šviesa nukeliautų iš kosmoso iki augalo ir, atsispindėjusi nuo lapų, sugrįžtų iki palydove esančio jutiklio, reikia didelės galios lazerio. Tokie įrenginiai generuoja šilumą, o kosmose temperatūra yra artima absoliučiam nuliui, tad temperatūriniai skirtumai yra dideli, dėl ko pats lazerio kristalas gali būti pažeistas, arba iškraipyti šviesos spindulį“, – pasakoja „Altechna“ mokslinių tyrimų ir plėtros inžinierius daktaras Laurynas Lukoševičius. Pašnekovas kartu su kolegomis GALACTIC projekte kuria kristalų paruošimo technologijas, kurios leis išvengti pažeidimų bei sumažinti lazerio spinduliuotės iškraipymų.
Pasaulyje šiandien inicijuota net keletas panašių projektų, kuriais siekiama sukurti lazerines sistemas, kurios galėtų realiuoju laiku stebėti klimato pokyčius tiek iš kosmoso, tiek iš lėktuvų, tiek nuo žemės paviršiaus. Tokios sistemos taip pat padės kuo anksčiau aptikti miškų gaisrus, stebėti oro masių judėjimą ir vėją, temperatūros pokyčius viršutiniuose atmosferos sluoksniuose bei kitas charakteristikas.
Ir tai tik pradžia
Visi kalbinti pašnekovai yra įsitikinę, kad šviesos technologijų potencialas klimato kaitos suvaldymo ir tvarios ekonomikos kūrimo srityje tik augs. Energetika yra viena iš labiausiai besikeičiančių sričių, o lazerių technologijos stipriai prisideda kuriant švarios energijos sprendimus.
Štai, pavyzdžiui, vienas iš būdų panaudoti „FemtoSurf“ projekte kuriamą paviršių apdorojimo technologiją – „pašiaušti“ vandenilio gamybai iš vandens elektrolizės būdu naudojamų elektrodų paviršius, taip padidinant jų plotą. Tuo tarpu, „Light Conversion“ lazeriai naudojami tobulinant energijos kaupiklius – tyrimai rodo, kad lazerių spinduliuote perforavus baterijų plėveles, jose sukaupiama daugiau energijos.
Tad už eksponentinės progreso kreivės posūkio lazerių fizikos laukia dar daug gražių pradžių. Tad studijuokite fiziką ir padėkite pasauliui išlikti.
Teksto autorius Andrius Jovaiša, straipsnis publikuotas žurnale „Reitingai“