עין החיים האמיתית של סאורון? טכנולוגיה חדשה לזיהוי איומים מוטסים באופן מיידי

דמיינו את תרחיש האסון הזה בהתהוות: במפעל תעשייתי, צינור נסדק ומתיז ענן של טיפות זעירות לאוויר. לעובדים, לעומת זאת, יש מזל. תוך דקות, מכשיר מבוסס לייזר בגודל של מזוודה קטנה מזהה את הענן ומספר לצוותי הבטיחות מה יש בו כדי שידעו איך להגיב.

זה החזון מאחורי פרויקט חדש של צוות מהנדסים וכימאים מאוניברסיטת קולורדו בולדר, המכון הטכנולוגי של קליפורניה, אוניברסיטת קליפורניה סנטה ברברה, ושלוש חברות. הוא ממומן על ידי חוזה חדש מ-Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA), חלק מהמשרד הפדרלי של מנהל המודיעין הלאומי.

המאמץ שואל את שמו, Standoff Aerosol measUrement Remote Optical Network (SAURON), מהנבל בסדרת הספרים "שר הטבעות" – נוכחות שלעיתים קרובות לובשת צורה של עין בוערת ו"מבטה מפלח ענן, צל , כדור הארץ."

"זה הרעיון כאן: עין רואה כל שיכולה לזהות אירוסולים מסוכנים על רקע צפוף מאוד של חומרים אחרים", אמר גרג ריקר, פרופסור במחלקה להנדסת מכונות של פול מ. ראדי וחוקר ראשי בפרויקט.

SAURON, הוא הסביר, יעשה זום על אירוסולים, המונח למגוון רחב של חלקיקים זעירים הצפים באוויר. אירוסולים מסוימים יכולים להכיל כימיקלים המהווים סיכונים רציניים לבני אדם, כגון פחמימנים ארומטיים פוליציקליים. אמוניום חנקתי, מרכיב נפוץ בחומרי נפץ, יוצר גם אירוסולים. אז יכול פנטנילתרופה אופיואידית שעלולה להיות קטלנית אפילו בכמויות קטנות.

כדי לזהות סכנות כאלה, הצוות פונה לטכנולוגיה זוכת פרס נובל בשם לייזר מסרק תדרים. החוקרים מקווים שהמכשירים שלהם יוכלו, בעתיד הלא כל כך רחוק, לסייע בהגנה על אנשים ממגוון של איומים מוטסים, כולל תאונות תעשייתיות ואפילו התקפות כימיות פוטנציאליות בערים צפופות.

"הלייזרים יגמרו מהסוללות, כך שתוכל לפרוס אותם בנמל תעופה, ברחובות עירוניים או באתרי תעשייה שבהם הם משתמשים בחומרים מסוכנים", אמר סקוט דידמס, פרופסור במחלקה להנדסת חשמל, מחשבים ואנרגיה. "ממש מיד, אנשים ידעו אם יש כשל או דליפה".

חוקרים משותפים של CU Boulder בפרויקט כוללים את Diddams, Daven Henze, פרופסור להנדסת מכונות, ו-Jose Jimenez, פרופסור לכימיה ועמית במכון השיתופי למחקר במדעי הסביבה (CIRES).

לראות את הבלתי נראה

איתור אירוסולים מסוכנים היא, במובנים רבים, המשימה האולטימטיבית של "מחט בערימת שחת". האוויר שאנשים נושמים הוא הרבה יותר מסובך ממה שהוא נראה.

"בכל זמן באטמוספירה, מתאן ופחמן דו חמצני נמצאים, ודוגמאות אחרות למה שאנו מכנים תרכובות אורגניות נדיפות", אמר ריקר. "יש הרבה בלאגן."

הצוות מאמין שלייזרי מסרק תדר עשויים לעזור למיין את העומס הזה.

Diddams היה בין חברי הצוות ב-JILA, מכון מחקר משותף בין CU Boulder והמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (JILA), שהיה חלוץ בכלים אלה. הקבוצה, בראשות חתן פרס נובל יאן הול, השתמשה בלייזרי מסרקי תדר למחקר במטרולוגיה קוונטית ושעונים אופטיים. בניגוד ללייזרים מסורתיים, לייזרים מסרקי תדר יורים קרן אור עם מיליוני צבעים, כולם בו זמנית.

אם אתה מקרין אור כזה דרך סביבה, הלייזרים האלה יכולים לפעול כמו סורק טביעות אצבע לאירוסול – להקניט את האותות אפילו מריכוזים זעירים של חלקיקים או גזים באוויר. צוות הפרויקט כולל את LongPath Technologies, המשתמשת בכלים הללו כדי לחפש דליפות מתאן במתקני נפט וגז. ריקר ייסד את LongPath ב-2017.

במשך שלוש שנים וחצי, חוקרי SAURON יפעלו כדי להפוך את הלייזרים שלהם לרגישים עוד יותר וקומפקטיים הרבה יותר. לשם כך, הקבוצה משלבת טכנולוגיית "פוטוניקה משולבת" חדשה שחלו על ידי קרי וואהלה ב-Caltech, ג'ון באוורס ב-UC סנטה ברברה, והחברות Nexus Photonics ו-hQphotonics. הצוות יתכנן את המכשירים שלו על שבבים קטנים המשדרים מידע לא באמצעות אותות אלקטרוניים אלא באלומות אור. העבודה היא חלק מיוזמת ההנדסה הקוונטית ב-CU Boulder.

"הם כמו שבבי מחשב מסורתיים מסיליקון, אבל עם אור שנוצר, נע סביב ומקיים אינטראקציה בדרכים שהופכות אותו לשימושי לחישה", אמר Diddams.

SAURON הוא דוגמה לחוקרים ב-CU Boulder שלוקחים התקדמות במדע היסודי והופכים אותם לטכנולוגיות מוחשיות שיכולות יום אחד להגן על אנשים.

"אנחנו לוקחים טכנולוגיות שפותחו עבור מדע הקוונטים ומתרגמים אותן למגוון רחב של יישומים", אמר רייקר.