Το 1916 ο Αλμπερτ Αϊνστάιν διατύπωσε μια ακόμη ρηξικέλευθη θεωρία. Ομοια με άλλες, έτσι και η συγκεκριμένη έμελλε να διαμορφώσει σε πολύ μεγάλο βαθμό τη σύγχρονη τεχνολογία. Προέβλεψε θεωρητικά πως, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, τα άτομα (τα θεμελιώδη, μικροσκοπικά σωματίδια που συνθέτουν την ύλη) μπορούν να απελευθερώσουν περίσσια ενέργεια ως φως.
Μάλιστα, εκτός από αυθόρμητα αυτό θα μπορούσε να συμβεί και έπειτα από διέγερση των ατόμων με ενέργεια. Σχεδόν μισός αιώνας πειραματικών μελετών χρειάστηκε για να λάβει «σάρκα και οστά» αυτή η θεωρία, η οποία δεν ήταν παρά ο προπομπός των λέιζερ, μιας τεχνολογίας που συναντάμε τόσο συχνά: από τις οπτικές ίνες που μεταφέρουν τα δεδομένα του Ιντερνετ με αστραπιαία ταχύτητα ή τις ιατρικές εφαρμογές που «διορθώνουν» την όρασή μας έως την εξερεύνηση του Διαστήματος.
Πρόσφατα, επιστήμονες του Χάρβαρντ και του Πολυτεχνείου της Βιέννης έφεραν στο φως έναν νέο τύπο «ρυθμιζόμενου» λέιζερ που ξεπερνά σημαντικούς περιορισμούς των σημερινών τεχνολογιών.
«Φωτεινή» εστιασμένη τεχνολογία
Οι συσκευές λέιζερ περιέχουν υλικά (όπως ημιαγωγούς) των οποίων τα άτομα διεγείρονται από μια πηγή ενέργειας (συνήθως ηλεκτρικό ρεύμα ή φως). Ως αποτέλεσμα, τα άτομα εκπέμπουν φωτόνια. Κάθε φωτόνιο μπορεί να «παρακινήσει» και άλλα διεγερμένα άτομα να εκπέμψουν και εκείνα όμοια φωτόνια, δημιουργώντας έτσι μια αλυσιδωτή (και σταδιακά ενισχυόμενη) παραγωγή φωτός σε πολύ στενό εύρος μηκών κύματος.
Τα νέα φωτόνια που δημιουργούνται έχουν ακριβώς την ίδια συχνότητα, φάση και διεύθυνση με το αρχικό φωτόνιο. Ετσι, ενώ οι απλές λάμπες εκπέμπουν φως που διαχέεται παντού, τα λέιζερ παράγουν μέσω της παραπάνω διαδικασίας μια εστιασμένη, έντονη και σταθερή δέσμη φωτός. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές υψηλής ακρίβειας, όπως οι οπτικές ίνες ή η ιατρική τεχνολογία.
Η δυνατότητα προσαρμογής του μήκους κύματος ενός λέιζερ σύμφωνα με τις ανάγκες της κάθε εφαρμογής, δεν είναι όμως κάτι απλό. Συνήθως απαιτείται η προσθήκη επιπλέον μηχανικών εξαρτημάτων στη συσκευή, γεγονός που αυξάνει την πολυπλοκότητα, αλλά και το κόστος της. Αυτό ακριβώς υπόσχεται να αλλάξει η νέα τεχνολογία.
Ελεγχος του μήκους κύματος
Το να αλλάζει το μήκος κύματος γρήγορα και με ακρίβεια μέσω της ηλεκτρικής τάσης, χωρίς την ανάγκη μηχανικών μερών και χωρίς απώλεια στην ένταση του φωτός, αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα, ιδιαίτερα σε τομείς που απαιτούν ακριβή έλεγχο και ισχυρή εκπομπή φωτός, όπως οι τηλεπικοινωνίες και η ιατρική. Σύμφωνα με τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Optica», η νέα συσκευή λέιζερ είναι ικανή να ελέγχει το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου φωτός, διατηρώντας παράλληλα έναν απλό και μικρών διαστάσεων λειτουργικό σχεδιασμό σε μορφή «τσιπ». Το καινοτόμο τσιπ περιέχει πολλά λέιζερ σε σχήμα δακτυλίων, καθένας από τους οποίους έχει ελαφρώς διαφορετικό μέγεθος. Ο κάθε δακτύλιος εκπέμπει φως διαφορετικού μήκους κύματος, ενώ η εναλλαγή μεταξύ τους ρυθμίζεται μέσω της ηλεκτρικής τάσης. Οι δακτύλιοι επικοινωνούν με τον ίδιο κυματοδηγό (στοιχείο που κατευθύνει το φως) και λειτουργούν είτε μεμονωμένα είτε όλοι μαζί για να παραχθεί μια ισχυρότερη δέσμη. Ο έξυπνος και συμπαγής σχεδιασμός εξασφαλίζει ότι η συσκευή λέιζερ αντέχει σε ακραία περιβάλλοντα (ιδιαίτερα χρήσιμο για διαστημικές εφαρμογές) και μπορεί να επεκταθεί εύκολα. Επικεφαλής της έρευνας είναι ο Φεντερίκο Καπάσο, πρωτοπόρος του πεδίου, ο οποίος μαζί με τον Αλφρεντ Τσο ηγήθηκε της ανάπτυξης του ακριβοθώρητου λέιζερ «QCL» το 1994 στα εργαστήρια της Bell.
Ανακύκλωση πλαστικών με οδηγό την Τεχνητή Νοημοσύνη
Τη στιγμή που περίπου 150 εκατομμύρια τόνοι πλαστικού βρίσκονται ήδη στους ωκεανούς, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο των ΗΠΑ ανέλυσαν νέες τεχνολογίες που μπορούν να βελτιώσουν ριζικά την απόδοση και τη βιωσιμότητα της ανακύκλωσης πλαστικών, η οποία σήμερα παραμένει σε χαμηλά επίπεδα παγκοσμίως. Η μελέτη τους, βασισμένη σε μεθόδους Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ), τονίζει τα πλεονεκτήματα της ανακύκλωσης με διαλύτες, μιας τεχνικής που επιτρέπει την ανάκτηση πλαστικών από σύνθετα υλικά (όπως τα ποτηράκια μιας χρήσης του καφέ) με χαμηλότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα όταν χρησιμοποιείται ψύξη αντί για θέρμανση.
Παράλληλα, αναδεικνύεται η συμβολή της ΤΝ, μέσω του συστήματος PlasticNet, στην ακριβή ταξινόμηση πλαστικών υλικών ανά είδος, με ακρίβεια που ξεπερνά το 87% (και φτάνει το 100% σε ορισμένες κατηγορίες), μια τεχνολογία που θα μπορούσε να αυτοματοποιήσει κρίσιμα στάδια της ανακύκλωσης.
Εξετάζεται, ακόμη, η χρήση βιοπλαστικών, τα οποία είναι φιλικά προς το περιβάλλον και μπορούν να αποικοδομηθούν με φυσικές μεθόδους. Ωστόσο η παραγωγή τους απαιτεί πόρους που ενδέχεται να ανταγωνίζονται τη γεωργία ενώ χρειάζονται και ειδικές υποδομές για την επεξεργασία τους. Οι ερευνητές τονίζουν ότι καμία τεχνολογία από μόνη της δεν αποτελεί λύση, ενώ απαιτείται μια ολοκληρωμένη στρατηγική η οποία θα λαμβάνει υπόψη ολόκληρο τον κύκλο ζωής των πλαστικών (από τον σχεδιασμό και την παραγωγή, έως τη συλλογή, την επεξεργασία και την τελική διάθεση) προκειμένου η διαχείριση των πλαστικών να καταστεί πραγματικά αποδοτική και περιβαλλοντικά βιώσιμη.
Η ΑΙ εντοπίζει «κρυφά» καρκινικά κύτταρα
Ερευνητές του MIT, σε συνεργασία με τα Πανεπιστήμια Χάρβαρντ, Γέιλ, Στάνφορντ καθώς και το Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνιας, ανέπτυξαν ένα προηγμένο σύστημα Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ), το οποίο επιτρέπει την αναγνώριση «κρυφών», ύποπτων κυττάρων σε βιολογικούς ιστούς, με στόχο την ενίσχυση της ιατρικής ακρίβειας και της εξατομικευμένης θεραπείας. Το σύστημα βασίζεται σε έναν καινοτόμο συνδυασμό δεδομένων από μικροσκοπικές εικόνες ιστών, χωρικές κατανομές κυττάρων και μοριακά χαρακτηριστικά.
Κατ’ αυτόν τον τρόπο εντοπίζει υποτύπους κυττάρων, οι οποίοι εξωτερικά φαίνονται όμοιοι, αλλά στην πραγματικότητα έχουν διαφορετικούς ρόλους ανάλογα και με τη θέση τους μέσα στον ιστό. Οι ερευνητές διεξήγαγαν πειράματα με χρήση του νέου ΑΙ συστήματος σε δείγματα από υγιείς και καρκινικούς ιστούς και κατάφεραν να αναγνωρίσουν σπάνιους πληθυσμούς ανοσοκυττάρων καθώς και να κατανοήσουν καλύτερα πώς η θέση τους επηρεάζει την εξέλιξη της νόσου. Τα ευρήματα μπορούν να οδηγήσουν σε πιο στοχευμένες διαγνωστικές μεθόδους και αποτελεσματικότερες θεραπείες, ιδίως στο πεδίο της ανοσοθεραπείας. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature Immunology», υπογραμμίζει τη σημασία της συνολικής αξιολόγησης διαφορετικών βιολογικών δεδομένων, δείχνοντας παράλληλα πώς η Τεχνητή Νοημοσύνη μπορεί να αποκαλύψει πληροφορίες που μέχρι τώρα ήταν «αόρατες» στις συμβατικές μεθόδους διάγνωσης.
Μοντέλο αξιολογεί την ασφάλεια της αποθήκευσης πυρηνικών αποβλήτων
Ερευνητές από τις ΗΠΑ και τη Γαλλία (MIT, Εθνικό Εργαστήριο Λόρενς, Πανεπιστήμιο της Ορλεάνης) δημιούργησαν ένα νέο υπολογιστικό μοντέλο, ικανό να προβλέπει τις μακροχρόνιες συνέπειες της αποθήκευσης πυρηνικών αποβλήτων σε υπόγειους γεωλογικούς σχηματισμούς. Η μελέτη τους βασίζεται σε πειράματα από το εργαστήριο Mont Terri στην Ελβετία, όπου εξετάζεται η αλληλεπίδραση των πυρηνικών με το τσιμέντο και τον πηλό (δύο βασικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή φραγμάτων ασφαλείας).
Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη και φαινόμενα ηλεκτροστατικής φύσης, τα οποία δεν είχαν μελετηθεί προηγουμένως, προσφέροντας πιο ακριβείς προβλέψεις για τη συμπεριφορά των ραδιενεργών στοιχείων σε βάθος χρόνου. Οι ερευνητές ελπίζουν πως το μοντέλο αυτό θα ενισχύσει την εμπιστοσύνη του κοινού και των αρμόδιων φορέων στην ασφάλεια των υπόγειων χώρων αποθήκευσης πυρηνικών αποβλήτων, διευκολύνοντας παράλληλα τη λήψη αποφάσεων για τη σωστή διαχείρισή τους στο μέλλον.
