Как работает Нанорадио

Как работает Нанорадио: Чтобы среди великого множества электромагнитных волн поймать нужную, необходимо соответствующим образом подобрать размер нанотрубки, примерно так же, как подбирают длину струны музыканты.

Вибрация слишком слабая? Похоже, волна не ловится. Придется трубку немного укоротить. Вибрация усилилась? Хорошо, значит, мы на верном пути; укоротим ее еще чуть-чуть. Добившись максимальной вибрации, остановимся - длина нанотрубки идеально подходит для приема выбранной радиоволны.

Данное явление называется акустическим резонансом. Больная клетка- минимально минимизировать технику и технологии (и не только в электронике), однако до сих пор исследовательская мысль наталкивалась на одну и ту же стену: как контролировать эти невидимые для глаз устройства? Коллектив лаборатории Калифорнийского университета в Беркли дал ответ на этот вопрос: с помощью радиоволн.

И отныне столько планов впереди! "Мы работаем над новым проектом - крошечными датчиками, управляемыми на расстоянии, - рассказывает Джефф Уэлдон. - А применять их можно где угодно: и в мобильных телефонах, и в плеерах МРЗ, умещающихся в ушной раковине, и в медицинских нанороботах, которые, находясь в организме человека, могли бы по команде высвобождать необходимое количество лекарственного препарата.

А еще в наноаппаратуре для определения процентного содержания токсических веществ в воздухе. Так что, казалось бы, положенный в долгий ящик первоначальный проект американских ученых вполне может вновь попасть в повестку дня. Где может пригодиться нанорадиосвязь? Например, для доставки лечебного препарата в нужное место человеческого организма.

При обычном приеме лекарства зона его действия не поддается контролю, зато снабженную радиосвязью капсулу с лекарством легко направить именно туда, где она будет нужней всего. Вибрация нанотрубки приводит к тому, что находящиеся на ее конце электроны срываются с места и потоком устремляются к положительно заряженному электроду. Согласно законам квантовой механики, при этом может создаваться так называемый туннельный эффект.

В классической механике данное явление невозможно, слишком сильны ядерные силы притяжения, чтобы позволить частицам разлететься так далеко, зато при нанометрических величинах существует небольшая, но конечная вероятность возникновения туннельного эффекта. Количество "прорвавшихся" электронов зависит от положения кончика нанотрубки. А так как сама трубка вибрирует, и напряжение на нее подается от отдельного источника питания, образуется электрический сигнал, который можно преобразовать в звук. Достаточно подключить громкоговоритель.

Свойство наполненных водой стеклянных сосудов увеличивать изображение заметили еще древние римляне, а в 13-м веке в Италии появился и первый бытовой оптический прибор, служащий для исправления дефектов зрения, - очки. В начале 17-го века появился первый прибор для рассматривания мелких предметов в увеличенной форме - микроскоп.

Как видишь, первую лупу и первый микроскоп разделяет почти полторы тысячи лет. Почему же так много? Казалось бы, чего проще: увеличил лупой какой-нибудь предмет, потом то, что получилось, точно так же увеличил второй лупой, потом подставил третью, и так далее, пока перед глазами не появится атом во всей красе... Увы, на деле всё гораздо сложнее.

Для начала - немного теории. У любой линзы (а лупа - это линза, у которой обе поверхности выпуклые) есть одна главная характеристика, которая называется "фокусным расстоянием". Представим, что параллельные лучи света проходят сквозь стеклянную линзу. Линза благодаря своей форме преломит эти параллельные лучи так, что они сойдутся в одной точке. Расстояние от этой точки до центра линзы и называется фокусным расстоянием.

Ты отлично поймешь, о чем идет речь, если хоть раз использовал лупу в качестве "поджигательного стекла": стоит расположить лупу на фокусном расстоянии от поверхности какой-нибудь деревяшки, как попавшие в линзу солнечные лучи сконцентрируются в одну точку, и дерево задымится... Выходит, не случайно "фокус" по-латыни значит - очаг, огонь! Добавим, что фокусное расстояние определяет степень увеличения линзы - чем это расстояние меньше, тем лупа "сильнее", то есть тем большее увеличение она может дать.

Теперь возьмем страницу этого журнала и разместим над ней лупу. Глядя сквозь нее, ты увидишь увеличенные буквы текста. Приближая и удаляя лупу от страницы, ты будешь менять степень увеличения. Надо заметить, что наибольшее увеличение получается, когда расстояние между страницей и лупой почти равно фокусному расстоянию (увеличение также будет зависеть от расстояния до глаз наблюдателя).

Одновременно, правда, изображение будет искажаться по краям, и чем "сильнее" лупа, то есть чем меньше ее фокусное расстояние, тем меньше будет поле зрения, на котором еще что-то можно рассмотреть. При очень маленьких фокусных расстояниях пользоваться лупой будет практически невозможно, поэтому увеличение, которое можно получить с помощью одиночной линзы, принципиально ограничено величиной приблизительно в 40 раз.

На схемах ниже из всего множества лучей, исходящих от точки рассматриваемого объекта, показаны два: один идет через центр линзы, другой - перпендикулярно ей. Изображение за линзой образуется в точке пересечения этих лучей. Ну хорошо, а если посмотреть на предмет сквозь две лупы, так, как говорилось в начале статьи? На рисунке показан ход световых лучей в лупе. Как видишь, эти лучи расходятся.

Но благодаря свойствам глаза наблюдателю кажется, что пучок лучей возникает из точки, где пересекаются выходящие из линзы лучи. Наблюдатель этот предмет видит, т. к. расходящиеся лучи глаз воспринимает как идущие из одной точки, находящейся там, где лучи пересекаются. Кажущегося увеличенного изображения на самом деле не существует, оно образовано в нашем мозгу. Такое изображение называют "мнимым". А коль скоро изображение "мнимое", то что же мы будем увеличивать второй лупой? Проведем еще один опыт.

Возьми лупу и размести ее так, чтобы в нее попадали лучи света от достаточно удаленного яркого предмета, например, от люстры на потолке. Под лупой расположи лист бумаги, и держи лупу параллельно ему. Если между лупой и бумагой расстояние достаточно мало, ты увидишь на листе яркое размытое пятно. Постепенно отодвигая лупу от листа, можно поймать момент, когда на бумаге возникнет резкое уменьшенное изображение люстры.

Заметим, что это произойдет тогда, когда расстояние от листа до бумаги будет соответствовать фокусному, а само изображение окажется перевернутым. Изобретатели микроскопа догадались объединить оба варианта получения изображения, описанных в наших опытах с журналом и люстрой. Лупа, расположенная вблизи рассматриваемого объекта, называется объективом, она дает увеличенное перевернутое изображение, которое наблюдатель рассматривает через другую лупу, называемую окуляром.

Размещая друг относительно друга линзы различным образом, можно получить и другой вариант оптической системы из двух линз, известный под названием подзорная труба - в отличие от микроскопа он служит для увеличения удаленных предметов. Соединив вместе две подзорные трубы и установив для них механизм общей регулировки резкости, получим всем известный бинокль.

Главная   |  Открытая наука  |  Как работает Нанорадио