لیزر می‌تواند به درون ماهیچه‌های ما نگاه کند یا از میان آتش نگاه کند.

من از لیزر برای دیدن چیزهایی که به سختی قابل مشاهده و اندازه گیری با چشم غیر مسلح هستند استفاده می کنم.

به عنوان مثال، من یک سیستم لیزری توسعه دادم که ممکن است روزی زمانی که شخص بازوی خود را خم می کند، بتواند سلامت ماهیچه ها را ارزیابی کند. این لیزرها همچنین به من کمک می کنند تا ببینم یک شی در هنگام قرار گرفتن در معرض گرما در هنگام آتش سوزی چگونه تغییر می کند.

این یک کار بسیار جالب است!

لیزر حرکت علم به جلو

لیزرها در زندگی روزمره ما از جمله در علم کاربردهای جالب زیادی دارند.

من بیشتر با یک لیزر تخصصی به نام a کار می کنم شانه فرکانس. شانه فرکانس یک لامپ بسیار روشن است که می تواند برای تشخیص وجود یا عدم وجود نوع خاصی از نور استفاده شود.

هنگامی که یک نمونه، که می تواند هوا باشد، در معرض نور فرکانس شانه قرار می گیرد، فرکانس های خاص یا بخش هایی از آن نور، با نمونه تعامل می کنند. این فرآیند اثری منحصر به فرد بر روی نور فرکانس بر جای می گذارد که می توانیم از آن یاد بگیریم. این برهمکنش بین نور و ماده به نام شناخته می شود طیف سنجی. ما از شانه فرکانس استفاده می کنیم تا به ما کمک کند چیزهایی را که نمی توانستیم با چشم ببینیم، مانند گازهای گلخانه ای نامرئی، ببینیم.

نسخه پیشرفته تر این ابزار شامل دو شانه است. شانه دوم به محققان اجازه می دهد تا تحقیقات طیف سنجی دو شانه را انجام دهند. در اصل، شانه دوم کمک می کند تا اطلاعات بیشتری در مورد نمونه خود به طور موثر و سریع به دست آوریم.

به عنوان مثال، استفاده از یک شانه فرکانس ما را قادر می سازد تا یک گاز گلخانه ای را در هوا تشخیص دهیم. با این حال، با دو شانه فرکانس، نه تنها می‌توانیم آن گاز گلخانه‌ای را ببینیم، بلکه می‌توانیم به سرعت و به راحتی بفهمیم که چه نوع گازی است. ما همچنین می توانیم بسیاری از انواع مختلف گازها را به طور همزمان اندازه گیری کنیم.

این مهم است زیرا اگر می خواهیم گازهای گلخانه ای را در محیط خود کاهش دهیم، باید بتوانیم آنها را اندازه گیری کنیم. برخی از شرکت ها از این به عنوان ابزاری برای اندازه گیری آلاینده های خود و رعایت مقررات زیست محیطی استفاده می کنند.

من در حال کار بر روی یک تکنیک نمونه برداری جدید برای انجام تحقیقات طیف سنجی دو شانه ای کارآمدتر هستم. طیف سنجی در انواع علوم از جمله شیمی، فیزیک و نجوم استفاده می شود. هدف من این است که روزی بتوانیم یک ابزار طیف سنج بسیار همه کاره داشته باشیم که به طور هوشمندانه برای اندازه گیری مفیدترین اطلاعات برای پروژه تمرکز کند و همچنین گزینه های تصویربرداری متنوعی را ارائه دهد.

نور لیزر در بدن ما

من همچنین در حال تحقیق هستم که چگونه می توانیم به طور بالقوه از این فناوری لیزر شانه برای نگاه کردن به داخل عضلات خود استفاده کنیم.

عضلات شما هنگام حرکت به دلیل رشته ای به نام سارکومر منقبض می شوند. سارکومرها که مانند یک میله آرایشگر راه راه هستند، اسب های کار میکروسکوپی پشت هر پرش، پرش و لبخند هستند.

در حال حاضر، اگر پزشک بخواهد داخل عضله انسان را ببیند، باید نمونه ای را در طی روشی به نام بیوپسی خارج کند.

با این حال، با استفاده از تکنیکی که من روی آن کار می‌کنم، ممکن است در آینده، پزشک بتواند از شانه‌های فرکانس برای نگاه کردن به عمق عضلات شما بدون برش استفاده کند.

این می تواند برای تحقیقات برای شرایطی مانند سکته مغزی یا دیستروفی عضلانی مفید باشد. همچنین فقط تصور کنید در آینده ابزاری داشته باشید که به جراح اجازه می دهد عضله شما را روشن کند (شبیه به اشعه ایکس) و فوراً بداند کدام قسمت های عضله سالم است و کدام یک سالم نیست. آنها می توانند این کار را به سادگی با مشاهده کدام فرکانس انجام دهند از نوری که عضله منعکس می شود (بدون آسیب رساندن به آن).

چالش برانگیزترین بخش این کار این است که چگونه نور را به عضله وارد کنیم و سیگنال های اندازه گیری شده را تفسیر کنیم. چنین سیگنال‌های عضلانی بسیار متفاوت از سیگنال‌های گازی هستند که من قبلاً آنالیز می‌کردم، بنابراین ما هنوز چیزهای زیادی داریم که باید قبل از اینکه پزشک شما واقعاً بتواند برای شما انجام دهد، بفهمیم. اما با تحقیقات بیشتر (که بیشتر آنها خارج از NIST اتفاق می افتد)، شاید چنین ابزاری بتواند در آینده در دسترس پزشکان باشد.

دیدن از طریق آتش

در یک پروژه تحقیقاتی دیگر، از لیزری استفاده کردیم که می تواند به ما کمک کند از میان شعله های آتش ببینیم.

به عنوان مثال، خانه ای را در نظر بگیرید که در آتش سوخته است. چگونه آتش نشانان می توانند از راه دور تشخیص دهند که سازه هنوز به اندازه کافی پایدار است که امکان ورود ایمن را فراهم کند؟

بسیاری از ساختمان ها دارای تیرهای مرکزی فولادی یا آلومینیومی به نام تیرهای I هستند که برای ایستادن آنها حیاتی است. اگر یک آتش نشان ببیند که چگونه چنین اتصال پرتویی در حال تغییر شکل است، می تواند بگوید که آیا ساختمان احتمال سقوط دارد یا خیر. اما اغلب نمی توانند آن را از میان شعله های آتش ببینند. اینجاست که لیزرهای ما وارد می شوند.

در تحقیقات ایمن و کنترل شده آتش در اینجا در NIST، ما لیزر را از میان آتش به سمت پرتو I نشانه رفتیم و دقیقاً سرعت تغییر شکل آن را اندازه‌گیری کردیم. راه های زیادی برای اندازه گیری دقیق چیزی از طریق شعله وجود ندارد، اما لیزرها پتانسیل انجام این کار را دارند.

ما همچنین (دوباره، با خیال راحت و با کنترل های زیادی در محل) مقداری از پوشش گیاهی را سوزاندیم و آن را با لیزر اندازه گیری کردیم. بنابراین، در آینده، لیزرها می توانند برای مطالعه چگونگی سوختن انواع درختان در آتش سوزی نیز مفید باشند.

هنوز تحقیقات بیشتری وجود دارد تا قبل از اینکه هر یک از این ابزارها در دست آتش نشانان قرار گیرند، اما توسعه امیدوارکننده و هیجان انگیز است.

لیزر در آینده این تحقیق

زمانی که 16 سال پیش برای اولین بار در NIST شروع به کار کردم، فی نفسه یک “فرد لیزر” نبودم. در آن زمان، من در حال مطالعه و کار با نمونه‌های کوچکی از نیمه‌هادی‌های لایه‌ای بودم که در دمای منفی ۲۶۵ درجه سانتی‌گراد (یا منفی ۴۴۵ فارنهایت) خنک می‌کردم – خیلی سرد!

در حالی که من گهگاه از لیزر برای بررسی نمونه‌هایم استفاده می‌کردم، تا زمانی که با شانه‌های فرکانس مواجه شدم، واقعاً گیر کردم.

من ابتدا یاد گرفتم که چگونه لیزرهای شانه فرکانسی خودم را بسازم. از آن زمان، من برنامه های بسیاری را بررسی کردم. من از شانه های فرکانس برای طیف سنجی گاز در آزمایشگاه و مطالعه گازهای گلخانه ای در شهرها استفاده کرده ام. من فواصل را با دقت بسیار بالا اندازه گیری کرده ام، حتی از میان شعله های آتش!

من مطمئن هستم که امکانات بسیار بیشتری با شانه های فرکانس وجود دارد که هیجان را در این کار زنده نگه می دارد و خستگی را از بین می برد. چه از میان آتش و چه در اعماق ماهیچه‌هایتان، محققان همیشه در حال «لیزر کردن» راه‌هایی برای بهبود زندگی ما با این علم مهم هستند.