Фотоника давно заняла прочное место в жизни человека. Ученые знают тысячу и один способ укротить непокорные частицы и заставить их работать себе на пользу. Ежедневно мы пользуемся десятками приборов и не задумываемся, насколько большой мощью обладает свет.
Ученые из ЛЭТИ создали "АмурГрафен" — лазерное устройство для кипячения воды. Оно обеззараживает ее эффективнее, чем кипячение, но энергии требует меньше: чтобы уничтожить бактерии в тонне воды, ему потребуется всего 100–150 Вт мощности. После лазерной обработки вода становится полностью пригодной для питья и не требует химикатов для дополнительного обеззараживания.
"На сегодняшний день установка носит экспериментальный характер. Чтобы она стала полноценным устройством, необходимы дополнительные испытания, новые конструкторские решения, — рассказал "ДП" сотрудник кафедры фотоники ЛЭТИ Александр Гришканич. — Есть ряд технологических задач: например, нужно определиться с поставщиком графена. Однако несомненное преимущество такого метода обеззараживания воды перед химикатами — биологическая безопасность".
Свет пучком
Если отбросить все громкие клише о прорывных технологиях и науке будущего, то фотоника изучает оптические сигналы, где ее корень — фотон — элементарная и самая многочисленная во Вселенной частица света. Они как универсальные рабочие лошадки, которых можно "запрячь" в любое полезное дело: лечить людей, связывать их через огромные расстояния, освещать ими дорогу поздним вечером и проводить вычисления со скоростью, в сотни миллионов раз превышающей возможности обычных компьютеров. В 2016 году мировой рынок фотоники оценивали более чем в $500 млрд. К концу 2020 года эта сумма, по планам, должна увеличиться в 1,5 раза.
Авторы исследования, проведенного Сколковским институтом науки и технологий, отмечают, что информация о рынках фотоники, где присутствует Россия, крайне ограниченная и неполная. "Систематизация количественных данных из разных источников и опрос компаний позволили сделать вывод, что в области фотоники в России работают крупные государственные и частные компании, однако основной спрос на отечественную продукцию формируется в государственном секторе экономики. На большинстве гражданских рынков, открытых для конкуренции, доминируют зарубежные компании", — подчеркивают эксперты. Правительство России 5 лет назад оптимистично планировало вырастить российский рынок фотоники до 50 млрд рублей.
Неспонтанный луч
Собирать и излучать в пространство фотоны в высокой концентрации призваны лазеры. Их применение уже сегодня поистине широко: измерить расстояние до Луны, провести термоядерный синтез, а для металлов лазер — и молот, и наковальня, и суперклей, и художественный инструмент. Лазером даже создают в небе звезды — опорные — чтобы из–за турбулентности атмосферы минимизировать искажения небесных объектов, которые наблюдают ученые. Также лазерным лучом можно охлаждать предметы до сверхнизких температур — это благодаря эффекту Доплера, на который нередко ссылаются разработчики теорий о происхождении Вселенной. А еще световые пучки могут стать пинцетом — для захвата частиц размером 10 нанометров (1 нанометр — одна миллиардная метра. — Ред.).
Сегодня Россия занимает 6–е место в мире по экспорту лазеров. В 2017 году количество поставленных в страну лазерных приборов в денежном исчислении добралось до отметки $311 млн — за десятилетие эта цифра выросла шестикратно. "Есть конкретные успехи в локальных технологиях. Но в 80–х мы были лидерами в Европе и шли за американцами, параллельно с японцами. Сегодня на одного лазерщика в России приходится 10 лазерщиков в Европе и 100 лазерщиков в Китае", — грустно констатирует гендиректор "ЛазерИнформСервис" Александр Игнатов. Наша страна тем не менее участвует в строительстве мощнейшего рентгеновского лазера XFEL — для чего выделит из бюджета более 4 млн евро и займет второе место после Германии, чья денежная доля в проекте более 50%. С его помощью ученые проникнут в структуру молекул и проследят за сверхбыстрыми реакциями.
Светлая печать
Фотоны участвуют и в создании любых предметов по заданному трехмерному образцу — в 3D–печати. Существует несколько методов преобразовать картинку на мониторе компьютера в осязаемую вещь. В основе нескольких из них лежит эффект полимеризации — ультрафиолетовый лазер засвечивает специальную субстанцию и вынуждает ее затвердеть.
Аналитики расходятся в оценках рынка технологий 3D–печати: эксперты Wohlers предсказывают, что к 2020 году эта сфера наполнится $21 млрд, в Context World насчитали $16 млрд, а RNK Invest прогнозируют сумму $41 млрд.
Особые надежды на трехмерную печать возлагают в медицине. Из специальных материалов можно печатать суставы, ткани, органы и их части, создавать конструкции для замещения повреждений.
3D–принтеры давно стали доступны и для обычных людей. Рост продаж устройств в России приближается к общемировому 50%–ному.
Самые дешевые модели из Китая — их можно приобрести менее чем за 15 тыс. рублей. Гораздо дороже обойдутся отечественные и европейские бренды. Цена на устройства колеблется сильно: от 100 тыс. рублей до десятков миллионов — в зависимости от целей.
"3D–принтеры покупают отечественные Самоделкины и Кулибины — сейчас их принято называть мейкерами. Используют в основном как DIY–инструмент и для мелкого ремонта в бытовых условиях, — рассказывает управляющий директор компании Top 3D Shop Василий Киселев. — Покупают студенты, будущая специализация которых связана с цифровым производством, робототехникой. Есть еще категория пользователей, которые интересуются современными технологиями. Цель их покупки — опробовать на себе устройства, которые становятся все более доступными".
“
В прошлом году рак унес жизни более 250 тыс. человек — наших с вами сограждан. Однако этот страшный показатель мог быть гораздо выше, потому что 4/5 пациентов с онкозаболеваниями либо не подлежат радикальному лечению, либо показывают неэффективность проводимой терапии. Лазеры в этих случаях незаменимы. Лазерная медицина — это прежде всего эффективность, а часто и единственный возможный вариант лечения. Мы не только можем многократно, локально и послойно воздействовать на опухоль, не угрожая при этом самому органу, но и комбинировать такой метод лечения с другими, этим не только улучшая качество, но и продолжительность жизни больного.
Алексей Беляев
директор ФГБУ "НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова" Минздрава России
“
Доля возобновляемых источников энергии в РФ на сегодняшний день составляет всего около 0,5%. Тем не менее мы отмечаем положительную динамику в развитии отрасли, в основном за счет владельцев загородных домов. В городе недостатка в сетевом электричестве нет, тем не менее солнечные системы могут применяться для потребителей, прокладка кабеля к которым затруднена либо нецелесообразна. Это могут быть системы освещения, видеонаблюдения, электронные табло.
Егор Коблучко
главный инженер ООО "Гелиос Хаус Северо–Запад"
