By 
Уявіть собі цей сценарій катастрофи: на промисловому підприємстві тріскає труба, розбризкуючись у повітря хмарою дрібних крапель. Проте робітникам пощастило. За лічені хвилини лазерний пристрій розміром з невелику валізу помічає хмару та повідомляє службам безпеки, що в ній, щоб вони знали, як реагувати.
Це бачення нового проекту від команди інженерів і хіміків з Університету Колорадо в Боулдері, Каліфорнійського технологічного інституту, Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі та трьох компаній. Його фінансує новий контракт з Інтелектуальною перспективною дослідницькою діяльністю (IARPA), частиною федерального офісу директора національної розвідки.
Ця спроба запозичила свою назву, Standoff Aerosol MeasUrement Remote Optical Network (SAURON), від лиходія із серії книг «Володар кілець» — присутності, яка часто приймає форму палаючого ока та чий «погляд пронизує хмари, тіні», земля».
«Це ідея тут: всевидяче око, яке може виявляти небезпечні аерозолі на тлі дуже багато інших речовин», — сказав Грег Рікер, професор факультету машинобудування Пола М. Реді та головний дослідник проекту.
SAURON, пояснив він, збільшить масштаб аерозолів, термін для широкого спектра крихітних частинок, які плавають у повітрі. Деякі аерозолі можуть містити хімічні речовини, які становлять серйозну небезпеку для людини, наприклад поліциклічні ароматичні вуглеводні. Нітрат амонію, поширений інгредієнт вибухових речовин, також утворює аерозолі. Так само може бути фентаніл, опіоїдний препарат, який може бути смертельним навіть у невеликих кількостях.
Щоб виявити такі небезпеки, команда звертається до технології, яка отримала Нобелівську премію під назвою частотний гребінчастий лазер. Дослідники сподіваються, що їхні пристрої в недалекому майбутньому допоможуть захистити людей від цілого ряду повітряних загроз, включаючи промислові аварії та навіть потенційні хімічні атаки в багатолюдних містах.
«Лазери працюватимуть від батарейок, тож ви можете розмістити їх в аеропорту, у міських кварталах або на промислових об’єктах, де використовуються небезпечні матеріали», — сказав Скотт Діддамс, професор кафедри електротехніки, комп’ютерної та енергетики. «З самого початку люди дізнаються, чи стався збій, чи витік».
Співголовними дослідниками проекту з CU Boulder є Діддамс, Дейвен Гензе, професор машинобудування, і Хосе Хіменес, професор хімії та співробітник Кооперативного інституту досліджень у галузі наук про навколишнє середовище (CIRES).
Бачити невидиме
Виявлення небезпечних аерозолів у багатьох відношеннях є головним завданням «голки в стозі сіна». Повітря, яким дихають люди, набагато складніше, ніж здається.
«У будь-який час в атмосфері присутні метан і вуглекислий газ, а також інші приклади того, що ми називаємо летючими органічними сполуками», — сказав Рікер. «Багато безладу».
Команда вважає, що частотні гребінчасті лазери можуть допомогти впоратися з цим безладом.
Діддамс був одним із членів команди в JILA, спільному дослідницькому інституті між CU Boulder і Національним інститутом стандартів і технологій (JILA), який запровадив ці інструменти. Група, очолювана лауреатом Нобелівської премії Яном Холом, використовувала частотні гребінчасті лазери для досліджень квантової метрології та оптичних годинників. На відміну від традиційних лазерів, частотні гребінчасті лазери випромінюють промінь світла з мільйонами кольорів одночасно.
Якщо ви промените таке світло через навколишнє середовище, ці лазери можуть діяти як сканер відбитків пальців для аерозолів, виявляючи сигнали від навіть незначних концентрацій частинок або газів у повітрі. Команда проекту включає LongPath Technologies, яка використовує ці інструменти для пошуку витоків метану на нафтових і газових підприємствах. Рікер став співзасновником LongPath у 2017 році.
Протягом трьох з половиною років дослідники SAURON працюватимуть над тим, щоб зробити свої лазери ще чутливішими та компактнішими. Для цього група впроваджує нову технологію «інтегрованої фотоніки», яку запровадили Керрі Вахала з Каліфорнійського технологічного інституту, Джон Бауерс із Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі та компанії Nexus Photonics і hQphotonics. Команда розроблятиме свої пристрої на маленьких мікросхемах, які передають інформацію не за допомогою електронних сигналів, а за допомогою світлових променів. Робота є частиною Ініціативи квантової інженерії в CU Boulder.
«Вони схожі на традиційні кремнієві комп’ютерні чіпи, але світло генерується, рухається та взаємодіє таким чином, що робить його корисним для сприйняття», — сказав Діддамс.
SAURON є прикладом того, як дослідники з CU Boulder використовують досягнення фундаментальної науки та перетворюють їх у відчутні технології, які одного разу зможуть захистити людей.
«Ми беремо технології, які були розроблені для квантової науки, і перекладаємо їх для широкого спектру застосувань», — сказав Рікер.
Comments