Mokslo ir technologijų pasaulis

Lazeriai jau kelis dešimtmečius yra viena stipriausių Lietuvos mokslo ir pramonės sričių. Artimiausioje ateityje situacija tik gerės, nes visame pasaulyje jaučiamas lazerinių technologijų bumas, kuris kilstelės lietuvius lazerininkus dar aukščiau.

Šių metų pradžioje lietuvių lazerių įmonė „Altechna R&D“ pardavė savo sukurtą stiklo pjaustymo technologiją JAV kompanijai „Corning“. Ši amerikiečių bendrovė turėtų būti pažįstama daugeliui žmonių: ji gamina išmaniųjų telefonų ir planšečių ekranus dengiantį stiklą „Gorilla Glass“, kuris yra ypač atsparus įbrėžimams ir dužimui. Beje, šiemet 165 metų jubiliejų švenčianti „Corning“ yra viena seniausių pasaulyje stiklo pramonės įmonių – būtent jos inžinieriai ir chemikai sukūrė daugelį ištvermingo stiklo produktų: automobilių žibintus bei stiklus, televizorių kineskopus ar karščiui atsparius virtuvinius indus.

Lietuvių įmonės „Altechna R&D“ sukurta lazerinė technologija leis labai preciziškai pjaustyti „Corning“ gaminamą grūdintą stiklą. Pjaustant šį stiklą kitomis technologijomis susidaro daug atliekų, be to, atsiranda mikroskopinių įskilimų, kurie, ekranui patyrus smūgį, tampa telefono ar planšetės vaizdą gadinančio įskilimų „voratinklio“ pradžia.

Šis sandoris – labai rimtas žingsnis Lietuvos lazerių pramonės sričiai, mat, ko gero, pirmą kartą istorijoje lietuviška lazerinė technologija bus naudojama tokio masto industriniame procese.

Beje, „Altechna R&D“ savo veiklą pradėjo 2007-aisiais, kai atsiskyrė nuo šiemet 20-metį švenčiančios lazerių produktus ir komponentus gaminančios bendrovės „Altechna“. „Tikiuosi, kad šis sandoris padės visai Lietuvos lazerių sričiai pasiekti daugiau klientų industrijoje, mat dabar daugiausia dirbame su akademiniais klientais – universitetais bei laboratorijomis“, – džiaugiasi „Altechna“ direktoriaus pavaduotojas Tomas Jankauskas.

Pasak jo, daugiau nei 700 mokslininkų, inžinierių ir kitų profesionalų vienijanti Lietuvos lazerių pramonė stovi prie naujo proveržio slenksčio.

Šis optimizmas tikrai pasvertas: pasaulinės lazerių rinkos tyrimai rodo, kad artimiausiu metu jos laukia rimtas augimo bumas. Naujausi moksliniai pasiekimai ir inžineriniai sprendimai trijose pagrindinėse lazerių taikymo srityse – gynybos, medicinos ir pramonės – atveria kelią naujoms technologijoms. Štai, tarkime, „MarketsandMarkets“ tyrimų kompanijos duomenimis, pasaulinė lazerių sistemų, skirtų gynybai, rinkos vertė 2020-aisiais turėtų siekti beveik 3 mlrd. JAV dolerių. O remiantis „BCC Research“ prognozėmis, jau po trejų metų medicininių lazerių taikymo rinkos vertė peržengs 8 mlrd. dolerių ir pasieks prieškrizinį lygį.

Todėl žvilgtelėkime į minėtas tris sritis, kuriose lazeriai gali sukelti naujas revoliucijas, – galbūt tai taps dar vienu argumentu jaunuoliams stoti į fizikos specialybę, kuri bus ne tik įdomi, bet ir neleis badauti.

Galingi ir tikslūs impulsai

„Mūsų įmonės fokusas – įvairūs optiniai komponentai, skirti pasiekti ypač aukštos galios ir ypač trumpus lazerių impulsus, kurie šiandien sulaukia vis daugiau medžiagų apdirbimo pramonės dėmesio“, – teigia T.Jankauskas.

Viena šios pramonės sričių ir yra minėtas atsparaus stiklo pjaustymas lazeriais, skleidžiančiais šviesos pliūpsnius, kurių trukmė – vos kelios dešimtys femtosekundžių. Toks ultra­trumpas impulsas turi pakankamai galios, kad perpjautų net ir kiečiausią grūdintą stiklą, tačiau trunka taip trumpai, kad nespėja įkaitinti aplink esančios medžiagos. Kitos pjaustymo technologijos įkaitina aplink pjūvį esančią medžiagą ir dėl to susidaro įvairių įtrūkimų bei įskilimų, galinčių pagreitinti „Gorilla Glass“ ekrano ar iš ypač kieto safyro išpjauto vaizdo kameros stikliuko skilimą.

Kita sritis, kurioje lazeriai savo tikslumu lenkia bet kokią kitą technologiją, – tai automobilių pramonėje naudojamų degalų purkštukų gamyba. Šiuolaikiniuose automobiliuose svarbiausia, kad degalai variklyje sudegtų kuo efektyviau, – taip mažiausiomis sąnaudomis pa­siekiama maksimali galia ir kartu į atmosferą išmetama mažiau kenksmingų medžiagų. Todėl degalų purkštukuose būtina išgręžti labai mažas ertmes, pro kurias perėję degalai virstų vienodais mikroskopiniais lašeliais, tolygiai sudegančiais ir suteikiančiais automobilio varikliui geriausią trauką.

Lazeriai taip pat naudojami ypatingo tikslumo reikalaujantiems kraujagyslių implantams – stentams pjaustyti. Tai smulkus, išplečiamas tinklinis vamzdelis, pagamintas iš nerūdijančio plieno arba kobalto lydinio. Jis įvedamas į užkalkėjusią kraujagyslę, kurioje specialus įtaisas jį išplečia, ir atkuriamas normalus kraujo tekėjimas.

Ultratrumpų impulsų lazeriai yra tobuli visiems panašiems darbams, mat esant tokiai energijai ir impulso trukmei beveik visos pjaunamos medžiagos „elgiasi“ panašiai ir įmanoma išlaikyti pjūvių preciziškumą.

Tiesa, tik per pastaruosius penkerius metus tokių lazerių kaina bei efektyvumas priartėjo prie ribos, kai pramonė pradeda galvoti apie kitų medžiagų apdorojimo technologijų pakeitimą šviesa.

Šviesos skalpelis

Vis dėlto dažniausiai lazeriai asocijuojasi su medicina. Čia ultratrumpi šviesos impulsai padeda labai preciziškai „pjaustyti“ įvairiausius organizmo audinius. Tarkime, per trumparegystės ir toliaregystės korekcijos operacijas tokiais lazeriais labai tiksliai „nurėžiamas“ ragenos sluoksnis. Ultratrumpi lazerių impulsai medicinoje turi tą patį privalumą, kaip ir pjaustant stiklą ar kitas medžiagas: perteklinės šilumos susigeneruoja labai mažai, todėl nepažeidžiami šalia esantys audinių sluoksniai. Tad po operacijos praėjus keliolikai valandų pacientas nebejaučia jokio diskomforto ar skausmo. Šiandien oftalmologijoje lazeriai beveik visiškai išstūmė įprastus skalpelius.

Pasak T.Jankausko, lazeriai jau naudojami ir per kitas chirurgines operacijas, mat jie ne tik tiksliai pjauna, bet ir dėl sukeliamo fototerminio efekto „uždegina“ pjūvio kraštus, taip leisdami kontroliuoti kraujavimą. Ultratrumpų impulsų lazeriai jau kurį laiką naudojami ir diagnostikoje, pavyzdžiui, genomo skvenavimui, vėžio, Alzheimerio, kitų su senatve susijusių ligų nustatymui bei tyrimams.

Medicinoje jau daug seniau pradėti naudoti ir kiti – ilgesnių impulsų ar nuolatinio veikimo lazeriai. Štai stomatologijoje lazeriai naudojami ne tik visiems pažįstamai procedūrai – plombų sukietinimui, bet ir dantenų bei kitų audinių higienai. Prieš kelerius metus JAV kompanija „Biolase“ sukūrė lazerį, kuris turėtų pakeisti įprastus grąžtus: toks dantų gydymas yra neskausmingas, be to, mažiau, palyginti su mechaniniu gręžimu, pažeidžiamas dantis.

Plastinės chirurgijos srityje lazeriai irgi naudojami seniai ir nieko net nestebina, o ultratrumpų impulsų panaudojimas tik gausina daugelį šio tipo operacijų.

O štai Lidso universiteto mokslininkai prieš pusę metų pristatė „GlucoSense“ prietaisą, skirtą cukraus kiekiui kraujyje nustatyti, ir tam nereikia durti į pirštą. Gliukozė kraujyje sugeria tam tikro bangos ilgio šviesą, taigi lazeriu pašvietus į pirštą ir stebint atsispindėjusią šviesą galima nustatyti jos koncentraciją kraujyje.

Žvaigždžių karai

Ko gero, tokių lazerinių „blasterių“, kokius naudoja „Žvaigždžių karų“ herojai, dar ilgai nebus sukurta, tačiau lazerių sričiai atsiveria labai platūs horizontai gynybos pramonėje. Tarkime, įvairūs lazeriniai radarai, kitaip žinomi kaip lidarai, naudojami tiek įvairių ginklų taikikliams, tiek ypač tikslių kovinių raketų suvedimui į taikinius, tiek preciziškų žemėlapių sudarymui.

Lazerių gynybos sprendimai ypač aktyviai kuriami Izraelyje – šios šalies kompanijos šiandien patenka į svarbiausių „Altechnos“ klientų penketuką. „Negaliu nei patvirtinti, nei paneigti, ar mūsų gaminami optiniai komponentai naudojami tokiose sistemose“, – juokiasi T.Jankauskas.

Štai, pavyzdžiui, jau daugiau nei 10 metų veikianti Izraelio priešraketinės gynybos sistema „Iron Dome“ iki šiol lazerius naudojo tik taikiniams nustatyti. Prieš porą metų šią sistemą gaminanti įmonė „Rafael“ pristatė „Iron Beam“ priešraketinę sistemą, naudojančią aukštos energijos lazerį, galintį sunaikinti įvairias raketas. Taip pat Izraelio kompanija „Elbit“ gamina specialią lazerinę sistemą „C-Music“, kuri bus montuojama keleiviniuose orlaiviuose ir skirta mažesnėms, nuo peties paleidžiamoms raketoms nukenksminti.

Prieš kelis mėnesius „Boeing“ pristatė savo sukurtą mobiliąją lazerinę sistemą „Compact Laser Weapon System“, skirtą skraidyklėms, vadinamoms dronais, numušti. Vis labiau pingantys ir populiarėjantys dronai labai paprastai valdomi išmaniuoju telefonu ir gali nešti sprogmenis, šnipinėti ar tiesiog trukdyti lėktuvams leistis oro uoste. O šis ginklas geba per kelias sekundes nusitaikyti ir sunaikinti tokią skraidyklę.

Vis dėlto patys įspūdingiausi lazeriniai projektai dar laukia ateityje. Štai, pavyzdžiui, Čekijoje, Vengrijoje ir Rumunijoje dar tik pradedamas jungtinis projektas „Extreme Light Infrastructure“ (ELI) turėtų leisti mokslininkams sukurti tokį galingą lazerį, kuris ateityje taptų alternatyva dalelių greitintuvams.

„ELI projektas turėtų tapti lazerių srities CERN ir dar labiau paskatinti lazerių populiarumą, ypač Rytų ir Centrinėje Europoje, tad darbo nepritrūks“, – prognozuoja T.Jankauskas.