Κυριακή, 13 Απριλίου 2014

ΒΟΡΕΙΟΣ ΣΤΕΦΑΝΟΣ. NORTHERN HALO

Ο Στέφανος Βόρειος (Λατινικά: Corona Borealis, συντομογραφία: CrB) είναι αστερισμός του βορείου ημισφαιρίου που σημειώθηκε στην αρχαιότητα από τον Πτολεμαίο και είναι ένας από τους 88 επίσημους αστερισμούς που θέσπισε η Διεθνής Αστρονομική Ένωση. Corona Borealis is a Northern Hemisphere constellation otherwise known as the Northern Crown. It is one of the 48 Greek constellations originally described by the 2nd century astronomer Claudius Ptolemy. Corona Borealis remains one of the 88 modern constellations defined by the International Astronomical Union (Wikipedia).

Hercules and Corona Borealis constellations from the Mercator celestial globe, 1551.

Οι αρχαίοι Έλληνες, όπως ο Ερατοσθένης, τον γνώριζαν αρχικά απλώς ως «ο Στέφανος», αφού δεν υπήρχε τότε ο αστερισμός Νότιος Στέφανος. Αργότερα τον προσδιόριζαν με τα επίθετα «πρώτος» και βόρειος. Οι Ρωμαίοι υιοθέτησαν την ελληνική ονομασία ως Corona Borea, Corona Borealis και Corona Septentrionalis. Επίσης γνώριζαν τον αστερισμό ως το «Στέμμα του Βουλκάν» ή της Αμφιτρίτης, αλλά κυρίως ως Ariadnaea Corona, Corona Ariadnae, Cressa Corona, Corona Gnosida, Corona Cretica, Gnossis, όπως και Minoia Corona, Minoia Virgo (Βαλέριος Φλάκκος, Γερμανικός) ή Ariadnaea Sidus (Οβίδιος).

In Greek mythology, Corona Borealis was sometimes considered to represent a crown that was given by Dionysus to Ariadne, the daughter of Minos of Crete. When she wore the crown to her wedding, where she married Dionysus, he placed her crown in the heavens to commemorate the wedding. In Welsh mythology, it was called Caer Arianrhod, "the Castle of the Silver Circle", and was the heavenly abode of the Lady Arianrhod (Squire, 2000:154–155). In Arabic mythology, the constellation was known as "the bowl of the poor people" from the Arabic name قصعة المساكين, since the stars form an unsymmetrical pattern with an indent in one side, similar to the bowl of the poor. The Arabs also called the constellation Alphecca (a name later given to Alpha Corona Borealis), which means "separated" or "broken up," a reference to the resemblance of the stars of Corona Borealis to a loose string of jewels.

Αυτά τα προσωνύμια αναφέρονται στην Αριάδνη, τον πατέρα της Μίνωα, το νησί τους Κρήτη και τον τόπο πάνω στο νησί, την Κνωσό όπου γεννήθηκε η Αριάδνη και γνώρισε τον Θησέα. Γιατί ο μύθος λέει πως, όταν χώρισε η Αριάδνη από τον Θησέα, το στεφάνι που της είχε χαρίσει εκείνος (κατ' άλλους η θεά Αφροδίτη) μεταφέρθηκε στους ουρανούς και έγινε ο αστερισμός Στέφανος = στεφάνι ή στέμμα («κορώνα»). Άλλη εκδοχή μας λέει ότι το στεφάνι (το οποίο το είχε φιλοτεχνήσει ο Ήφαιστος) το έκανε δώρο ο Διόνυσος στην Αριάδνη ως σύμβολο του Ιερού Γάμου τους και όταν αναλήφθηκαν στα ουράνια έγινε αστερισμός. Μερικοί, όπως ο Οβίδιος, πίστευαν ότι η ίδια η Αριάδνη μετατράπηκε στον αστερισμό. Αλλά ο Απολλώνιος ο Ρόδιος γράφει στα Αργοναυτικά του:

«Ακόμα το σήμαδι της φαίνεται στα ουράνια
κι ανάμεσα στα 'στραφτερά σύμβολα τ' ουρανού
τ' αστροστόλιστο στέμμα της Αριάδνης γλιστρά»

Le Tintoret, Vénus, Arianne et Bacchus, 1578. Huile sur Toile, 146x167 cm. A Renaissance painting by Tintoretto shows Ariadne transported aloft from her unhappy human sphere upon marrying the god Bacchus. Her crown has become a ring of stars that we still see in the night sky as the Corona Borealis.

Ο θρύλος που συνδέει τον αστερισμό με την Αριάδνη φαίνεται ότι καταγράφηκε για πρώτη φορά τον 5ο αι. π.Χ. από τον Φερεκύδη, και επέζησε για πολλούς αιώνες στους ποιητές, αφού ο Δάντης αποκαλεί τους αστέρες του Βορείου Στεφάνου «la Figliuola di Minoi».

Σε όλες τις εποχές ο Βόρειος Στέφανος υπήρξε δημοφιλής αστερισμός, τόσο στη λογοτεχνία όσο και στη λαϊκή παράδοση. Στη μεσαιωνική Αγγλία συνήθως ο λαός απέδιδε το όνομα του ιδιοκτήτη του στεφανιού ως "Adrian" και "Adriane". Οι αστρολόγοι επίσης θεωρούσαν τα άστρα του ευνοϊκά, όπως διαφαίνεται από στίχους του Μανιλίου.

The constellation Corona Borealis as it can be seen by the naked eye.

Ο Έντμουντ Σπένσερ το αποκαλεί «χρυσό Διάδημα» (στο Shepheard's Kalendar, 1579), καθώς μία από τις αρχαίες ονομασίες ήταν Diadema Coeli (= Διάδημα των Ουρανών).

Κατά τον Bayer ο Αλ Σούφι αποκαλούσε τον Βόρειο Στέφανο «Ασπίδα». Αλλά η πλειονότητα των Αράβων υιοθέτησε το κλασικό όνομα ως Al Iklil al Shamaliyah, μετάφραση που παραφθάρηκε σε Acliluschemali και Aclushemali, ενώ ο Ούλουγκ Μπεγκ το έχει ως σκέτο Iklil. Αλλά πριν υιοθετήσουν το ελληνικό όνομα, οι Άραβες ήξεραν τον Στέφανο ως Al Fakkah, δηλαδή το Πιάτο, που μετατράπηκε σε Alphaca, Alfecca, Alfacca, Foca, Alfeta, από όπου προέρχεται και το ιδιαίτερο όνομα του φωτεινότερου αστέρα του αστερισμού. Ο Ριτσιόλι γράφει Alphena «παρά τοις Συροχαλδαίοις», ενώ ο Schickard Alphakhaco. Ο Βρετανός ανατολιστής Thomas Hyde αναφέρει και τα ονόματα Kasat al Salik Kasat al Masakin, δηλαδή η Κούπα του Φτωχού.

“As night falls, it’s time to look for more royalty in the sky as we locate Corona Borealis – the “Northern Crown” – whose faint main stars form a semicircular arc. Guarded by Hercules on one side and Bootes on another, some tales call it the royal crown of Dionysus. Why not? It’s brightest star’s name is Gemma. But, during the summer, why not think of it as the Native Americans once did? They believed Corona Borealis to be a campfire circle!”

Παρόμοια, στην Περσία ο Βόρειος Στέφανος ονομαζόταν Kasah Darwishan, το Πινάκιο του Δερβίση, ή Kasah Shekesteh, το Σπασμένο Πινάκιο, επειδή ο κύκλος που σχηματίζουν οι φωτεινότεροι αστέρες είναι ημιτελής — το «Πινάκιον κεκλασμένον» του Χρυσοκόκκη.

Οι Αλφόνσειοι Πίνακες αναφέρουν το Malfelcarre, που ο Ριτσιόλι αποδίδει ως Malphelcane (από το Al Malf al Khatar = ο Βρόχος του Στεφανιού, κατά τον Γερμανό φιλόλογο Philipp Karl Buttmann).

Οι Εβραίοι υποτίθεται ότι ονόμαζαν τον Βόρειο Στέφανο Ataroth, δηλαδή το Στέμμα. Οι αρχαίοι Κινέζοι διέφεραν, με την ονομασία Kwan Soo (= Χορδή). Στη Μυθολογία των Κελτών ήταν ο Caer Arianrod, ο Οίκος της Arianrod ή Ethlenn, αδελφής της Gwydyon και κόρης του βασιλέως Don. Ας σημειωθεί εδώ η ηχητική ομοιότητα των λέξεων «Αριάδνη» και Arianrod. Οι Ινδιάνοι Shawnee γνώριζαν τους αστέρες του Στεφάνου ως τις «Ουράνιες Αδελφές», η ομορφότερη από τις οποίες παντρεύτηκε τον κυνηγό «Λευκό Γεράκι», τον δικό μας Αρκτούρο. Τέλος, οι ιθαγενείς της Αυστραλίας έβλεπαν στον αστερισμό ένα μπούμερανγκ.

Κατά τις ιουδαιοχριστιανικές αναπαραστάσεις των ουράνιων μορφών (κυρίως 17ος αιώνας) ο Βόρειος Στέφανος μετατράπηκε από τον Καίσιο στο στέμμα που τοποθετήθηκε στην κεφαλή της Εσθήρ, ή το χρυσό στέμμα του βασιλιά των Αμμωνιτών που ζύγιζε ένα τάλαντο. Επίσης, φυσιολογικά, στον Ακάνθινο Στέφανο του Ιησού Χριστού.

ΒΟΡΕΙΟΣ ΣΤΕΦΑΝΟΣ

Corona Borealis - Celestial Atlas by Alexander Jamieson, 1822.

μπροστά στό ανιγμα το τρόπου σου
διορθώνω τόν πορφυρό χιτνα
καί τό διάδημα τν γκαθιν στήν κόμη σου
ψώνω τήν καρτερία σου στον ορανό κατάκορφα

Correggio, Ecce Homo, c.1525.

πρίλη μνα καί φωνάζω
ecce homo.

Δημήτρης Λιαντίνης, "Οι Ώρες των Άστρων"/Μετάφραση Μανώλη Αλυγιζάκη

NORTHERN HALO


Before your enigmatic manner
I adjust the red chiton
and the thorn crown on your hair
I raise your fortitude straight to the sky 

Lovis Corinth, Ecce Homo, 1925.

this April and I salute
ecce homo.

Dimitris Liantinis, "Hours of the Stars"/Translated by Manolis Aligizakis

Αισθητήρια νέων κόσμων. Sensors of new worlds

Ονομάζονται Mems, είναι συσκευές μινιατούρες και ήδη βρίσκουν πολλές εφαρμογές στην καθημερινότητά μας. Υπόσχονται δε να γίνουν το «διαβατήριό» μας ακόμη και για την αποίκιση νέων πλανητών. File photo shows an insect-sized spy drone.

Ο διάσημος αστροφυσικός Στίβεν Χόκινγκ εμφανίστηκε πρόσφατα σε τηλεοπτική εκπομπή για να επαναλάβει τη θέση του πως πρέπει να πάμε σε νέους κόσμους.

Δήλωσε ότι «ο πλανήτης μας είναι ένας παλιός κόσμος που απειλείται από τη συνεχή αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού και την εξάντληση των πλουτοπαραγωγικών πηγών του. Αν θέλουμε ο άνθρωπος να επιβιώσει τα επόμενα εκατό χρόνια, είναι επιβεβλημένη η αποίκηση άλλων κόσμων, μακριά από τη Γη».

Και κατέληξε: «Δεν έχω αμφιβολία ότι στα επόμενα 50 χρόνια θα έχουμε δημιουργήσει βάσεις κατοίκησης στη Σελήνη και ελπίζω ότι ως το τέλος του αιώνα άνθρωποι θα ζουν στον Άρη». Αναρωτήθηκα σε τι βάσιζε τη σιγουριά του ο Χόκινγκ ότι θα τα καταφέρουμε στη Σελήνη ώστε να πάμε και στον Άρη; Αλλά με αφορμή την είδηση ότι το iPhone θα ενσωματώνει αισθητήρες θερμοκρασίας, πίεσης και υγρασίας θεώρησα ότι έχω ένα μέρος τουλάχιστον της απάντησης: τα «MEMS».

Olfactory training of bees has been used to locate mines and weapons of mass destruction. The Hybrid Insect Micro Electromechanical Systems (HI-MEMS) program is aimed at developing technology to provide control over insect locomotion, just as reins are needed for effective control over horse locomotion. HI-MEMS-derived technologies will enable many robotic capabilities at low cost, impacting the development of future autonomous defense systems. The realization of cyborgs will provide compact platforms that use highly efficient biological systems developed over millions of years of evolution. HI-MEMS platforms will extend the duration and improve the capability of microbotic missions due to the combined efficiency of biochemical energy storage (fat) and bio-actuators (muscle) compared to traditional chemical energy storage (battery) and actuators (motors).  The basic technology developed in this program will also serve as a biological tool to understand and control insect development, opening vistas in our understanding of tissue development and providing new technological pathways to harness the natural sensors and power generation of insects.

Τώρα για το πώς αυτή η λέξη γεφυρώνει την απόσταση που χωρίζει τον κόσμο του σήμερα από τους άξενους κόσμους που λέει ο Χόκινγκ ότι πρέπει να εποικήσουμε... θα πρέπει να διαβάσετε τη συνέχεια του άρθρου.

H Λιλιπούπολη των MEMS

Microelectromechanical systems (MEMS) (also written as micro-electro-mechanical, MicroElectroMechanical or microelectronic and microelectromechanical systems) is the technology of very small mechanical devices driven by electricity; it merges at the nano-scale into nanoelectromechanical systems (NEMS) and nanotechnology. MEMS are also referred to as micromachines (in Japan), or Micro Systems Technology - MST (in Europe).

Ο όρος MEMS είναι αρκτικόλεξο: προέρχεται από τη φράση Micro-Electro-Mechanical Systems (Μικρο-ηλεκτρομηχανικά Συστήματα). Η συντομότερη ερμηνεία του όρου λέει ότι τα συστήματα αυτά είναι «η ολοκλήρωση ηλεκτρικών και μηχανικών δομών σε κλίμακα 1-100 μικρομέτρων». Πιο πρακτικά, είναι μινιατούρες συσκευών σε μεγέθη που κυμαίνονται μεταξύ διαμέτρου κόκκου σκόνης και πάχους ανθρώπινης τρίχας!

Εντυπωσιαστήκατε; Δικαίως, αλλά... τα MEMS δεν είναι ακριβώς τωρινό επίτευγμα· πρωτοεμφανίστηκαν στη δεκαετία του 1980 και τώρα βρίσκονται εμφυτευμένα σχεδόν σε κάθε πτυχή του τεχνολογικού μας περιγύρου: από τους αισθητήρες πρόσκρουσης που φουσκώνουν τους αερόσακους στα αυτοκίνητα ως τα υποσυστήματα που χαρίζουν στα κινητά μας τηλέφωνα «εξυπνάδα». Γενικά κατασκευάζονται μέσω της εναπόθεσης λεπτών στρωμάτων υλικού επάνω σε μια βάση και με κατοπινή αφαίρεση τμημάτων του υλικού ώστε τελικά να σχηματιστεί μια μικροσκοπική τρισδιάστατη δομή. Τα ηλεκτρικά τους στοιχεία επεξεργάζονται τα δεδομένα, ενώ τα μηχανικά στοιχεία κινούνται αποκρινόμενα στα εν λόγω δεδομένα.

Micro-electromechanical systems (MEMS) are difficult to design, in part because the physics of their tiny moving parts is not fully understood. IMPACT's research will focus on development of CAD systems that are based on physical models and therefore can conclusively predict the behavior of MEMS devices. Georgia Tech Photo: Gary Meek

Λειτουργικά τα MEMS μπορούν να είναι οτιδήποτε, από σχετικά απλές συσκευές χωρίς κινητά στοιχεία ως εξαιρετικά πολύπλοκα ηλεκτρομηχανικά συστήματα, με πολλαπλά κινούμενα στοιχεία υπό τον έλεγχο ολοκληρωμένων μικροηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Για παράδειγμα, πολλά από τα τωρινά MEMS χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση θερμοκρασίας, πίεσης, αδράνειας, υγρασίας, κλίσης, υψόμετρου, την ύπαρξη χημικών, μαγνητικών πεδίων, ακτινοβολίας και άλλων τινών στον χώρο μας. Ιδιαίτερα στις βιομηχανικές εφαρμογές θα τα βρούμε με τη μορφή μικροβαλβίδων για τον έλεγχο ροής αερίων και υγρών, οπτικών διακοπτών και καθρεφτών ανακατεύθυνσης ή και τροποποίησης φωτεινής δέσμης, μικροαντλιών αύξησης της πίεσης των υγρών, μικροπτερυγίων που ρυθμίζουν τη ροή του αέρα κτλ. Και όσον αφορά τη σχετικά πρόσφατη αγαπημένη ενασχόληση όλων, τον χειρισμό συσκευών μέσα από keypads ή οθόνες αφής... σωστά το μαντέψατε: MEMS κρύβονται πίσω τους. Επίσης MEMS βρίσκονται πίσω από το τσιπάκι-καθρέφτη DMD των προβολέων και των τηλεοράσεων, πίσω από τον τεράστιο όγκο δεδομένων που αποθηκεύουν πλέον οι σκληροί μας δίσκοι, πίσω από την εξαιρετική ποιότητα ήχου των κινητών μας τηλεφώνων και των ακουστικών ή πίσω από τα μύρια νέα διαγνωστικά όργανα των γιατρών και των μηχανικών.

Professor John Papapolymerou, seated; Visiting Professor George Papaioannou, left, and graduate student Richard Daigler are participating in the multi-university IMPACT research center, which seeks to develop a computer-aided design (CAD) environment for micro-electromechanical systems (MEMS) and nano-electromechanical systems (NEMS). Georgia Tech Photo: Gary Meek

Ενδεικτικό της επιτυχίας τους είναι ότι από μια παγκόσμια αγορά σχεδόν μηδαμινή το 2000 έφθασαν στις συνολικές πωλήσεις των 8,5 δισ. ευρώ το 2012 και προβλέπεται να ξεπεράσουν τα 16 δισεκατομμύρια ως το 2018. Όσο για το κόστος παραγωγής τους; Από πέντε ευρώ ανά μονάδα το 2006, τώρα κάθε MEMS κοστίζει λιγότερο από μισό ευρώ, κατά μέσον όρο.

MEMS «ανάγνωσης ανθρώπων»

Από το 2012 η Disney «κάτι μας κρύβει», κάτι ονόματι Touché. Οι πληροφορίες μιλούσαν για μια απόρρητη τεχνολογία «χωρητικής αίσθησης με σάρωση συχνοτήτων» που μπορούσε να επεξεργαστεί πολύ περισσότερες πληροφορίες απ' ό,τι οι τρέχοντες αισθητήρες αφής και επέτρεπε σε οποιοδήποτε υλικό, συμπεριλαμβανομένου του νερού, να γίνει οθόνη αφής ικανή να ανταποκριθεί σε αγγίγματα και χειρονομίες μας. Ένα βίντεο μας έδωσε μια ιδέα της επαναστατικής τεχνολογίας, αλλά ποια θα ήταν η εμπορική υλοποίησή της; Τελικά, στις 22 Μαρτίου 2014, το περιοδικό «Popular Science» μας αποκάλυψε την πρώτη εφαρμογή: μια οθόνη αφής που... διαβάζει το ποιος την αγγίζει.  

Aireal, a new project from Disney Research, uses air to let you feel digital objects. Photo: Disney Research

Το σώμα καθενός από εμάς έχει τη δική του χαρακτηριστική πυκνότητα οστών, μυϊκή μάζα, όγκο αίματος και περιεκτικότητα σε νερό. Τα MEMS που βρίσκονται πίσω από την οθόνη της συσκευής στέλνουν μια σειρά αβλαβή ρεύματα μέσα στο σώμα του χρήστη της. Οι φυσιολογικές διαφορές μεθερμηνεύονται σε διαφορετική αγωγιμότητα του σώματος στα συγκεκριμένα ρεύματα. Η συσκευή μετρά αυτή τη «μοναδική υπογραφή χωρητικότητας» και αποφαίνεται για το ποιος είναι ο χρήστης της.

Το πώς μπορεί να αξιοποιηθεί κάτι τέτοιο στον χειρισμό κάθε είδους συσκευών είναι μάλλον προφανές. Αλλά το ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι θα μπορούσαν να εφαρμοστούν τέτοια «χωρητικά δακτυλικά αποτυπώματα» σε κάθε είδος αντικειμένου - από πόμολα πορτών ως έπιπλα και οχήματα - μετατρέποντας τον κόσμο μας σε μια ατελείωτη διαδραστική συσκευή.

Γεννήτορες νέας επιστήμης

Carbon nanotubes from Nano-Electronics (Mesoscopic Physics) at the University of Basel.

Μπορεί λοιπόν τα επόμενα κινητά τηλέφωνα που θα κυκλοφορήσουν ως τα Χριστούγεννα του 2014 να έχουν ποικιλία νέων αισθητήρων και άλλων μικρομηχανισμών που θα κάνουν τη ζωή των καταναλωτών τους ακόμη πιο «ανέμελη», «ασφαλή» ή «δημιουργική». Το πραγματικά επαναστατικό όμως είναι αυτό που συντελείται από την πρόσμειξη στη συνταγή των MEMS των νέων νανο-υλικών που έχουν εμφανιστεί, όπως το γραφένιο.    

Carbon nanotubes in nanoelectromechanical systems (NEMS).

Το γραφένιο είναι ένα δισδιάστατο υλικό με εξαιρετικές ιδιότητες, όπως εξαιρετική μηχανική αντοχή και ευκαμψία, υπερυψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα και ευρύ φάσμα οπτικής διαπερατότητας. Αυτές οι ιδιότητές του μας έχουν υποσχεθεί πολλά για εφαρμογές του σε έντυπα και εύκαμπτα κυκλώματα, εξαιρετικά γρήγορα τρανζίστορ, μη ενεργοβόρες οθόνες αφής, προηγμένες μπαταρίες, υπεργρήγορα λέιζερ και φωτοανιχνευτές αλλά και άλλες μη ηλεκτρονικές εφαρμογές.

Ένα πρώτο τέτοιο μήνυμα μετεξέλιξης των MEMS σε NEMS (Nano-Electro-Mechanical Systems, με γραφένιο) έφτασε τον Ιούνιο του 2013: μεικτή ομάδα ερευνητών από τα πανεπιστήμια KTH της Σουηδίας και Siegen της Γερμανίας βρήκε τρόπο ενσωμάτωσης μεμβράνης από γραφένιο σε αισθητήρα πίεσης και μάλιστα με διαδικασία γραμμής παραγωγής. Όπως δήλωσε αργότερα ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Frank Niklaus, το γραφένιο μπορεί να αυξήσει την ευαισθησία των αισθητήρων αυτών ως και 100 φορές. Ο λόγος είναι η εξαιρετική λεπτότητα της μεμβράνης γραφενίου. 



Ένα πρώτο τέτοιο μήνυμα μετεξέλιξης των MEMS σε NEMS (Nano-Electro-Mechanical Systems, με γραφένιο) έφτασε τον Ιούνιο του 2013: μεικτή ομάδα ερευνητών από τα πανεπιστήμια KTH της Σουηδίας και Siegen της Γερμανίας βρήκε τρόπο ενσωμάτωσης μεμβράνης από γραφένιο σε αισθητήρα πίεσης και μάλιστα με διαδικασία γραμμής παραγωγής. Όπως δήλωσε αργότερα ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Frank Niklaus, το γραφένιο μπορεί να αυξήσει την ευαισθησία των αισθητήρων αυτών ως και 100 φορές. Ο λόγος είναι η εξαιρετική λεπτότητα της μεμβράνης γραφενίου. 

Θα περίμενε κανείς πως θα περνούσε καιρός ώσπου να εμφανιστεί παρόμοια εφαρμογή του γραφενίου. Στις 16 Μαρτίου 2014 όμως το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ανήγγειλε υπερήφανο τον «πρώτο ανιχνευτή φωτός σε θερμοκρασία δωματίου που μπορεί να αισθανθεί όλο το υπέρυθρο φάσμα και έχει τη δυνατότητα να βάλει την τεχνολογία θερμικής όρασης σε έναν φακό επαφής».

Αυτό σημαίνει ότι, σε αντίθεση με τους τωρινούς ανιχνευτές, ο ανιχνευτής τους δεν χρειάζεται ογκώδη εξοπλισμό ψύξης για να λειτουργήσει. Πώς το κατόρθωσαν; Αξιοποιώντας τη δυνατότητα του γραφενίου να βλέπει το πλήρες υπέρυθρο φάσμα - συν το ορατό και το υπεριώδες.

Regents professor Zhong Lin Wang holds an array of piezoelectrically modulated resistive memory (PRM) cells on which metal electrodes have been patterned using lithography. (Credit: Gary Meek)

Η τελική τους συσκευή είναι ήδη μικρότερη από νύχι και εύκολα μπορεί να μικρύνει κι άλλο. «Αν την ενσωματώσετε σε έναν φακό επαφής ή άλλη φορετή συσκευή, θα διευρύνει την όρασή σας» δήλωσε ο Zhong. «Θα σας δώσει ένα διαφορετικό μέσο αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον σας».

Near infrared fluorescence of carbon nanotubes infiltrated inside leaves could boost photosynthesis and enable the detection of biochemicals and pollutants. Juan Pablo Giraldo and Nicole M. Iverson

Προτού καλά-καλά οι πολλοί - και ιδίως οι στρατιωτικοί - συνειδητοποιήσουν τι τους προσφέρει ένα τέτοιο μέσο, την ίδια ακριβώς ημέρα (16 Μαρτίου 2014) μία ακόμη επιστημονική δημοσίευση συγκλόνισε το Διαδίκτυο: χημικοί μηχανικοί του ΜΙΤ ανακοίνωσαν ότι όταν μπόλιασαν τους χλωροπλάστες του φυτού Arabidopsis thaliana με νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος (SWNT), η φωτοσυνθετική τους παραγωγή πολλαπλασιάστηκε. Για να αντιληφθούμε τι σημαίνει αυτό θα πρέπει να σας θυμίσουμε πως η χλωροφύλλη - η χρωστική ουσία που συνήθως βρίσκεται στους χλωροπλάστες - μπορεί να απορροφήσει μόνο ένα μικρό κλάσμα του φωτός που προσλαμβάνει το φυτό. Η πρώτη φάση της φωτοσύνθεσης, που αναφέρεται κοινώς ως «φωτεινές αντιδράσεις», περιλαμβάνει τη διέγερση των χρωστικών και την επακόλουθη μεταφορά των ηλεκτρονίων μεταξύ πολλαπλών φωτοσυστημάτων. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτή τη ροή των ηλεκτρονίων ως μέτρηση του ρυθμού της φωτοσύνθεσης και διαπίστωσαν ότι, όταν οι νανοσωλήνες άνθρακα ήταν παρόντες, η ροή αυξανόταν κατά 49%! Μέχρι στιγμής δεν έχει δοθεί ακόμη εμπεριστατωμένη εξήγηση στο γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα ενισχύουν την αποτελεσματικότητα των χλωροπλαστών. Υποτίθεται μόνο ότι αυτό μπορεί να οφείλεται στη διεύρυνση του φάσματος: οι νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος είναι γνωστό ότι απορροφούν το φως στο υπεριώδες, το ορατό και το εγγύς υπέρυθρο φάσμα, όπως περίπου και το γραφένιο.

Researchers are using nanotechnology to give plants superpowers turning them into supercharged energy producers or sensors for pollutants and explosives. Top: Juan Giraldo examines at his lab; Above: A near-infrared microscope reads the output of carbon nanotube sensors in a plant.

Το θέμα πάντως είναι ότι βρήκαμε τον τρόπο να παρέμβουμε στη φύση και να τη «μετατρέψουμε σε εργοστάσιο παραγωγής ρεύματος». Όπως έγραψαν οι μηχανικοί του ΜΙΤ, το επόμενο βήμα τους θα είναι μάλλον το να «επεκτείνουν την απορρόφηση του ηλιακού φωτός, ιδιαίτερα στο εγγύς-υπέρυθρο φάσμα, που διεισδύει ακόμη βαθύτερα στους ζώντες οργανισμούς». Αλλά υπάρχει και ένα άλλο σημαντικό θέμα που διατύπωσαν οι ίδιοι ερευνητές και το υιοθέτησε πασίχαρες το επίσημο περιοδικό του Διεθνούς Επιμελητηρίου Ηλεκτρολόγων Μηχανικών «IEEE Spectrum» την επόμενη ημέρα: η ζεύξη νανοϋλικού - φυτών γεννά ένα νέο επιστημονικό πεδίο, αυτό της «νανο-φυτοβιονικής» (plant nanobionics).

Τεχνολογία κατανάλωσης ή απογείωσης;

Θα μπορούσε να τα θεωρήσει κανείς όλα αυτά «έπος επιστημόνων που ζουν στον κόσμο τους» ή «τεχνολογικά καλούδια για καταναλωτές ενός κόσμου που πεθαίνει». Και... δεν χρειάζεται να είναι κανείς παθολογικά πεσιμιστής για δει έτσι το θέμα: την ημέρα που το «IEEE Spectrum» πανηγύριζε την έλευση της «νανο-φυτοβιονικής», εμείς διαβάζαμε στα πορίσματα μελέτης που χρηματοδότησε η NASA ότι «ο βιομηχανικός πολιτισμός μας θα καταρρεύσει μέσα στις επόμενες δεκαετίες» και «η τεχνολογία δεν μπορεί να μας σώσει καθ' όσον τείνει να αυξάνει τόσο την κατά κεφαλήν κατανάλωση πόρων όσο και την κλίμακα της εκμετάλλευσής τους. Το ίδιο ακριβώς, δηλαδή, που είχε συμπεράνει προ δύο ετών στο βιβλίο του 2052: A Global Forecast for the Next Forty Years ο καθηγητής του Πανεπιστημίου του Όσλο Jorgen Randers.

Ο σκεπτικισμός αυτός αναμφίβολα θυμίζει τη θέση του Χόκινγκ για ανάγκη έναρξης «εποχής αποίκισης πλανητών». Όπως θυμίζει και τον ψυχισμό των Ευρωπαίων στις αρχές του 16ου αιώνα: ο οικονομικός μαρασμός και οι θρησκευτικές διώξεις ωθούσαν τότε στον μαζικό εποικισμό του Νέου Κόσμου, της Αμερικής. Δεν πρέπει όμως να μας διαφεύγει ότι ο Παλαιός Κόσμος πάλεψε, επέζησε και ανέπτυξε τη Βιομηχανική Επανάσταση. Δεν θα μπορούσε να επιχειρηθεί και τώρα το ίδιο;

Κάτι τέτοιο φαίνεται ότι έχει κατά νου η Ευρωπαϊκή Ένωση με το πρόγραμμα e-BRAINS.org Σχεδιάζει να είναι αυτή που θα παράξει τους καλύτερους αισθητήρες του 21ου αιώνα, είτε για χρήση στον καταναλωτικό πολιτισμό του «Διαδικτύου των Πάντων» είτε για την επιβίωσή μας σε άλλους πλανήτες. Και δείχνει να έχει σοβαρές ελπίδες καθ' ότι, όπως δηλώνει η NASA, το κλειδί επιτυχίας των MEMS βρίσκεται όχι μόνο στην εξυπνάδα τους αλλά και στην αξιόπιστη λειτουργία τους. Χαρακτηριστικά που ούτως ή άλλως θα κρίνουν και την επιβίωση του ανθρώπινου πολιτισμού στον πλανήτη μας.

Πώς τα MEMS δρουν «ανύποπτα»

These shoes were made for walking–and for producing power. A researcher at Louisiana Tech University designed a shoe that contains a small generator in its sole. When the shoe-wearer moves, it generates a piezoelectric charge, which is then converted into electricity for charging batteries or powering small electronics in real time. The designer hopes the shoe can eventually create clean, renewable electricity to charge portable devices like sensors, GPS units and cell phones. Photo courtesy of lusi.

Για να κατανοήσουμε την καινοτόμο παρέμβαση των MEMS στη ζωή μας, ας μεταφερθούμε στην άνοιξη του 2010. Τότε οι ερευνητές του αμερικανικού πανεπιστημίου Louisiana Tech University αναζητούσαν λύση δωρεάν ενέργειας για τις φορητές και φορετές συσκευές. Οι υπάρχουσες «τεχνολογίες συγκομιδής ενέργειας» υπολείπονταν του στόχου. Για παράδειγμα, τα δονητικά MEMS που λειτουργούσαν ως γεννήτριες ρεύματος μπορούσαν να αποδώσουν μόλις κάποια μικροβάτ (μW) ηλεκτρικής ενέργειας. Κάτι τέτοιο δεν επαρκούσε για τους ήδη διαθέσιμους εμπορικά αισθητήρες «αθλητικής επίδοσης» που καταναλώνουν πάνω από 100 μW ηλεκτρικής ενέργειας ή τους γεω-εντοπιστές (GPS) που απαιτούν ακόμη περισσότερα.

Ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας κάτω από τη φτέρνα δίνει 2 mW σε κάθε βήμα. Ville Kaajakari, an electrical engineer, designed the shoe. And while other kinetic energy-harvesting devices exist, Kaajakari’s shoe makes use of a new technology. Conventional power-harvesting tech uses ceramic transducers, which are hard and rigid. Kaajakari employed a low-cost, polymer transducer, a soft, flexible material that replaces the shoe’s heel shock absorber without sacrificing user experience. The tech is still being perfected, but Kaajakari says he thinks it will be especially useful for folks without access to the grid, like hikers. The device can currently produce enough power to juice sensors, RF transponders and GPS receivers, but the designer hopes to optimize the technology enough to charge products like cell phones. Photo courtesy of lusi.

Τα δονητικά MEMS βασίζονται σε πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς (piezo-transducers), οι οποίοι παράγουν ηλεκτρικό φορτίο όταν συμπιέζονται. Ένας τέτοιος πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας, συνδυαζόμενος με δύο διόδους ανόρθωσης, παράγει στην έξοδο συνεχές ρεύμα (DC). Για να είναι εφικτή η προσαρμογή του σε αθλητικό παπούτσι, ο μετατροπέας πρέπει να είναι φτιαγμένος από πολυμερές - όχι κεραμικό. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε έναν τέτοιο πλαστικό μετατροπέα, που παρείχε 5 mJ ενέργειας ανά βήμα, αλλά σε τάση πολύ υψηλή - μεγαλύτερη των 50 V - για να χρησιμοποιηθεί από μικροσυσκευές. Οπότε χρειαζόταν ένα νέο κύκλωμα μετατροπής που θα ρύθμιζε την τάση εξόδου στα 3 V. Τελικά τα κατάφεραν φτιάχνοντας ένα MEMS με απόδοση μετατροπής άνω του 70%. Αυτό σημαίνει ότι μόνο από τον βηματισμό μας θα μπορούμε να αποκομίζουμε ενέργεια 2 mW ανά παπούτσι, δηλαδή αντίστοιχη εκείνης των 30 mAh μιας μπαταρίας λιθίου όταν έχουμε μέση κατανάλωση 0,5 mA.

Πηγή: ΤΟ ΒΗΜΑ

MEMS Links
What is MEMS? from the University of Wisconsin UW-MEMS group.
MEMS Conferences
Other Links

Είναι δυνατόν να ξεφύγουμε από το φως; Is it possible to get away from the light?

The physicist Lee Smolin has controversial ideas about time and how physics should influence our understanding of society. Is he right? (© Brett Renfer)

Aν είστε αδρανειακός παρατηρητής (αν δηλαδή κινείστε με σταθερή ταχύτητα, δίχως να επιταχύνεστε), το φως θα σας προλαβαίνει πάντοτε.

Αν όμως επιταχύνεστε διαρκώς, τότε το φως που εκπέμπεται σε αρκετή απόσταση πίσω σας δεν θα καταφέρει να σας φτάσει ποτέ.

Πρόκειται ουσιαστικά για γενικότερο φαινόμενο το οποίο σχετίζεται με τις μαύρες τρύπες. Κάθε επιταχυνόμενος παρατηρητής, οπουδήποτε στο Σύμπαν, βρίσκεται σε κατάσταση παρόμοια με κάποιον που αιωρείται πάνω από τον ορίζοντα μιας μαύρης. Κάτι τέτοιο βλέπουμε στο παρακάτω σχήμα:

Με έντονη γραμμή βλέπουμε την κοσμική γραμμή ενός διαρκώς επιταχυνόμενου παρατηρητή. Πλησιάζει, δίχως ποτέ να συναντά, την διαδρομή μιας φωτεινής ακτίνας που εκφράζει τον ορίζοντά του, μιας και δεν μπορεί να δει τίποτα πέρα από αυτόν όσο συνεχίζει να επιταχύνεται. Πίσω από τον ορίζοντα του παρατηρητή βλέπουμε και τη διαδρομή μιας ακτίνας φωτός που δεν τον φθάνει ποτέ. Βλέπουμε επίσης ποια θα είναι η τροχιά του παρατηρητή αν σταματήσει να επιταχύνεται: θα διαπεράσει τον ορίζοντά του και θα μπορέσει να δει από την άλλη πλευρά.

The principle of equivalence states every force is equivalent to the accelerated frame of reference of an observer. The only reason different observers observe different forces is because they enter to differing frames of reference that move relative to each other with accelerated motion. In other words, there is no such thing as a force, only the differing accelerated frames of reference of observers.

Ο επιταχυνόμενος παρατηρητής θα ξεφύγει από τα φωτόνια εκείνα από τα οποία προπορευόταν αρκετά κατά την εκκίνησή του. Επομένως, ο επιταχυνόμενος παρατηρητής διαθέτει μια κρυφή περιοχή χάρη στο γεγονός ότι κάποια φωτόνια δεν μπορούν να τον προλάβουν.

Η επιφάνεια που αποτελεί το σύνορο της κρυφής περιοχής του είναι ο ορίζοντάς του. Ο ορίζοντας αυτός χωρίζει τα φωτόνια εκείνα που θα φτάσουν στον παρατηρητή από εκείνα που δεν θα το κατορθώσουν, αποτελείται δε από φωτόνια τα οποία, παρ’ όλο που κινούνται προς την κατεύθυνση του παρατηρητή (με την ταχύτητα του φωτός προφανώς), ουδέποτε τον προσεγγίζουν. Βέβαια, στη συγκεκριμένη περίπτωση η ύπαρξη του ορίζοντα οφείλεται αποκλειστικά στην επιτάχυνση του παρατηρητή. Μόλις αυτός σβήσει τους κινητήρες του και κινηθεί αδρανειακά, το φως από τον πρώην ορίζοντά του και πέρα θα τον προσπεράσει.

Στο σημείο αυτό ίσως να έχετε μπερδευτεί: Πως είναι δυνατόν ένας παρατηρητής να επιταχύνεται συνεχώς χωρίς να ξεπερνά την ταχύτητα του φωτός; Σας βεβαιώνω ότι και τούτο δεν αντιφάσκει με τη σχετικότητα.

Ο επιταχυνόμενος παρατηρητής δεν υπερβαίνει ποτέ την ταχύτητα του φωτός, αλλά την προσεγγίζει οριακά όλο και περισσότερο. Παρ’ όλο που οι κινητήρες του σκάφους παρέχουν παρατηρητή σταθερή επιτάχυνση, σε κάθε χρονικό διάστημα προκαλείται όλο και μικρότερη αύξηση στην ταχύτητά του, με αποτέλεσμα αυτή να πλησιάζει όλο και περισσότερο την ταχύτητα του φωτός αλλά χωρίς να τη φθάνει ποτέ. Ο λόγος είναι ότι η ενεργός (ή βαρυτική) μάζα του παρατηρητή αυξάνεται καθώς πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Αν ο παρατηρητής έφθανε την ταχύτητα του φωτός, η μάζα του θα γινόταν άπειρη, εξού και κανένα αντικείμενο δεν μπορεί να επιταχυνθεί έως την ταχύτητα του φωτός, ή και περαιτέρω. Παράλληλα, ο χρόνος στο σύστημα του παρατηρητή θα μοιάζει να προχωρεί όλο και πιο αργά σε σύγκριση με τα δικά μας ρολόγια όσο η ταχύτητα του παρατηρητή πλησιάζει – αλλά ουδέποτε αγγίζει – την ταχύτητα του φωτός. Αυτό θα εξακολουθεί να συμβαίνει όσο οι κινητήρες του σκάφους παραμένουν σε λειτουργία και ο παρατηρητής επιταχύνεται.

Πηγή: Lee Smolin, «Τρεις δρόμοι προς την κβαντική βαρύτητα», εκδόσεις κάτοπτρο.