Разработка самарских ученых изменит жизнь

Фото: st.vkonline.ru
Одна плоская линза весит 5 граммов и стоит как компакт-диск, но способна заменить сложные, громоздкие и дорогущие телеобъективы

Сверхлегкий дифракционный объектив, в составе которого всего лишь одна плоская линза, по своим характеристикам равнозначен современному дорогостоящему телеобъективу массой в полкилограмма! Эта разработка ученых Самарского университета вошла в десятку российских изобретений, способных перевернуть мир.

В сто раз легче и дешевле

Мы пока еще не до конца представляем, насколько могут изменить нашу жизнь самарские оптические приборы на базе дифракционной оптики. А ведь это не выдумки. Действительно, всего лишь одна дифракционная линза способна заменить сложную и дорогую оптическую систему из дюжины линз.

Представьте себе выверенный до совершенства, рассчитанный на компьютере и изготовленный по самым современным технологиям телеобъектив. Ну, например, 300-миллиметровый Nikkor, Canon или Carl Zeiss. Такой оптический прибор вполне «потянет» на полкилограмма, а то и побольше. Хотите купить для своей «зеркалки», чтобы снимать издалека? Готовьте 60-80 тысяч рублей, а то и побольше. Качество дешевым не бывает.

Впрочем, нет - бывает. Замена «никоновскому» и «цейссовскому» «телевикам» уже не за горами. В ноябре прошлого года на крупнейшей технологической конференции Европы WebSummit 2017 в Лиссабоне ученые Самарского университета им. С.П. Королева публично продемонстрировали первый в мире сверхлегкий дифракционный объектив. Разработка произвела настоящий фурор - она настолько революционная, что в рейтинге информационного агентства РИА «Новости», который опубликован несколько дней назад, она попала в десятку российских изобретений, которые могут перевернуть мир! И все потому, что в составе самарского объектива – всего лишь одна плоская дифракционная линза. Одна вместо девяти, а то и двенадцати обычных линз!

Один дифракционный оптический элемент (ДОЭ) массой всего 5 граммов заменяет всю сложную и громоздкую систему сферических и асферических линз и зеркал современного телеобъектива. И при этом стоимость изготовления такого ДОЭ сравнима со стоимостью обычного компакт-диска. Несколько сотен рублей.

Непростая простота

Однако за кажущейся простотой ДОЭ стоят годы тяжелого труда – разработка теории, ее экспериментальная проверка, отработка уникальной технологии изготовления. Это результат 30-летних исследований, которые и сейчас продолжаются на базе кафедры «Техническая кибернетика» и Института систем обработки изображений (ИСОИ) РАН, научным руководителем которого является президент Самарского университета академик РАН Виктор Сойфер.

Как же получаются уникальные оптические элементы? Как рассказал профессор кафедры «Техническая кибернетика» Самарского университета Роман Скиданов, на поверхность кварцевого стекла наносится фоточувствительное вещество – резист. Его толщина – всего 7 микрон (для сравнения, толщина человеческого волоса 40-90 микрон). С помощью лазерного луча на резисте формируется 256-уровневый рельеф, рассчитанный учеными. От формы рельефа зависят оптические параметры дифракционного оптического элемента. Методики расчета и технологии изготовления – ноу-хау самарских ученых.

Как пояснил Роман Скиданов, задавая разные профили, можно придать ДОЭ характеристики любой линзы или оптической системы. Но сам способ изготовления таких элементов и их стоимость от этого не меняются.

Однако для получения качественного изображения одной только оптики недостаточно. Какие-то искажения все равно остаются. Как пояснил профессор кафедры «Суперкомпьютеры и общая информатика» Самарского университета Артем Никоноров, компенсацию искажений обеспечивает цифровая обработка изображений на основе так называемых «сверточных нейронных сетей». Это еще одна уникальная технология, в развитие которой большой вклад внесла научная школа академика Сойфера.

Рынок в $70 миллиардов

Как именно и в каких сферах будут применяться разработки Самарского университета сегодня трудно даже представить. Так же, как в 1950-е годы было невозможно вообразить массовость внедрения магнитных жестких дисков: первые экземпляры компьютерной памяти емкостью всего в 5 мегабайт от завода до вычислительного центра везли на грузовике. А современный «винчестер», объем памяти которого в 100 тыс. раз больше, умещается на ладони.

Сегодня фотоаппараты и видеокамеры, которыми можно снимать издалека, – это крупные и тяжелые приборы. А уже завтра они могут стать легкими и компактными, как привычные «мыльницы».

«Прежде всего, сфера применения новой, дифракционной оптики – это все, что связано с космическим дистанционным зондированием Земли. Это наноспутники, это атмосферные спутники, это беспилотные летательные аппараты», – говорит Артем Никоноров.

Для таких аппаратов, которые летают на высотах от 20 до 500 км, очень важно, чтобы аппаратура была компактной и легкой. Масса оптики не должна превышать 100 граммов.

Сейчас качество изображений, получаемых с помощью ДОЭ Самарского университета, достигло уровня, достаточного для вывода продукта на рынок. Современные оптические системы для наноспутников дают разрешение съемки поверхности Земли в 40 метров. А наша, самарская, российская технология – до 18 метров, и в ближайшее время этот показатель может быть улучшен до 10 метров.

Еще один обширный сегмент, который скоро захватит новая оптика, – это рынок систем видеонаблюдения. Его объем Артем Никоноров оценил в 70 млрд долларов. «Здесь мы можем предложить решения, уникальные по своей легкости и компактности. Это системы, которые могут быть очень востребованы в экстремальной журналистике, в системах безопасности, в системах скрытого наблюдения, в умной урбанистике», – говорит ученый.

«Умная» урбанистика – это очень популярное сейчас направление: разработка систем «умный дом», «умный район», «умный город». Этим занимаются несколько самарских IT-компаний, хорошо известных на общероссийском уровне.

В системах «Умный город» очень многое зависит от видеонаблюдения. Например, очень важно наблюдать за дорожным движением, чтобы грамотно управлять работой светофоров, потоками автомобилей, расписанием общественного транспорта. Видеокамер нужно много, сотни и тысячи. И чем они дешевле – тем лучше. Так что и здесь разработки Самарского университета - как нельзя кстати.

Роман Скиданов,

профессор кафедры «Техническая кибернетика» Самарского университета:

- Большая часть привычной нам оптики – это сферические линзы. Технологию их изготовления можно воспроизвести хоть в каменном веке. В качественных объективах присутствуют еще и асферические линзы, изготовить их сложно и они дорогие. Что же касается наших дифракционных линз, то мы можем задать любые оптические параметры - и это никак не отразится ни на технологии и скорости их изготовления, ни на качестве изображения, ни на стоимости линзы.

 
По теме
 
Разработка ученых Самарского университета в списке 10 российских изобретений, которые могут изменить мир - Волга Ньюс Разработка ученых Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева вошла в список 10 российских изобретений, которые могут изменить мир, составленный информационным агентством "РИА Новости".
12.04.2018
 
Сотрудники Управления Росгвардии по Самарской области проверили готовность педагогов и охранников одной из гимназий Самары к действиям при возможных чрезвычайных ситуациях.
21.08.2018 Волга Ньюс
В Тольятти к началу учебного года организовали работу по обеспечению школьных библиотек учебниками.
21.08.2018 Городские Ведомости
17 августа состоится открытый аукцион по выбору подрядчика, который проведет частичный капитальный ремонт в гимназии №35.
16.08.2018 Городские Ведомости
16 августа 2018 года в Самарском государственном Академическом театре оперы и балета состоялось пленарное заседание областной педагогической конференции работников образования.
17.08.2018 Журнал Самара и Губерния
Его уничтожили в ближайшем овраге, а на днях возбудили уголовное дело о незаконном обороте оружия 17 августа в полиции было возбуждено уголовное дело по факту незаконного оборота оружия.
20.08.2018 Волжская коммуна
Два дня — четыре фестиваля - Городские Ведомости 25-26 августа в Парковом комплексе истории техники имени К.Г.Сахарова пройдет масштабный  «Фестиваль²» («Фестиваль в квадрате»).
21.08.2018 Городские Ведомости
В этом году размер именных премий главы городского округа Тольятти для лиц с ограниченными возможностями здоровья и добровольцев увеличен до 20 тысяч рублей.
21.08.2018 Городские Ведомости
newsplaceholder - Мэрия городского округа Тольятти С 20 по 29 августа в Тольятти пройдет многодневная гонка по велоспорту-шоссе критериум МСМК Н. Анисимова.
22.08.2018 Мэрия городского округа Тольятти
В копилке нашей сборной 26 наград, 11 из которых - золотые Дмитрий КРИВЕНЦОВ После небогатого для сборной России на медальный урожай второго дня чемпионата мира по плаванию,
21.08.2018 Комсомольская Правда Самара
Уважаемые земляки!  - Городские Ведомости Поздравляю Вас с одним из самых главных праздников мусульманского народа – праздником Курбан-Байрам!
21.08.2018 Городские Ведомости
Внимание! Временное ограничение движения транспорта  по ул. Строителей - Администрация городского округа Самара В целях обеспечения безопасности дорожного движения в связи со строительством водопроводной сети и восстановлением благоустройства на территории города Самара временно ограничено движение транспорта по улице Строителей о
21.08.2018 Администрация городского округа Самара
В Самарской области глава муниципального района признан виновным в мошенничестве - Следственный комитет Собранные вторым отделом по расследованию особо важных дел следственного управления Следственного комитета Российской Федерации по Самарской области доказательства признаны судом достаточными для вынесения приговора глав
21.08.2018 Следственный комитет