Ludzie, którzy dokonali przełomowych odkryć, na stałe zapisali się na kartach historii. Pewne nazwiska znamy doskonale, a inne trochę mniej. Na łamach naszego bloga, niejednokrotnie staraliśmy się przybliżyć sylwetki badaczy, którzy dokonali wielkich rzeczy, m.in. w dziedzinie elektromagnetyzmu. Należy bowiem wiedzieć, że odkrycie istnienia i zasad funkcjonowania pola elektromagnetycznego było jednym z najważniejszych naukowych wydarzeń w dziejach ludzkości. Dlaczego?
Ponieważ PEM jest zjawiskiem odwiecznym i wpływa na praktycznie wszystkie zachodzące na świecie procesy. Jego manifestacją jest choćby światło widzialne, elektryczność, zmiany temperatury, a nawet mechanizmy zachodzące w ludzkim ciele. Co więcej, oddziałuje ono na poziomie atomów i cząsteczek, więc PEM jest po prostu wszędzie. Można praktycznie stwierdzić, że większa część dokonanych przez ludzi odkryć opiera się bezpośrednio (przy wykorzystaniu fal elektromagnetycznych) lub pośrednio (urządzenia zasilane prądem lub wykorzystujące zjawiska termiczne) na zastosowaniu pola elektromagnetycznego.
Przy okazji tematu wynalazków, pojawiają się czasami pytania o to, gdzie w tym wszystkim są nasi rodacy. Posiadając nawet podstawowe wiadomości, większość z nas bez problemu wymieni przykłady wybitnych polskich muzyków, aktorów, malarzy, sportowców czy literatów. Jeśli jednak chodzi o badania nad polem elektromagnetycznym i rozwój szeroko pojętej technologii, sprawa nie wydaje się tak prosta. Mogłoby się nawet wydawać, że nie mamy w tym względzie większych osiągnięć na arenie międzynarodowej. Otóż nic bardziej mylnego.
Elektronika, komunikacja, 5G
Transmisja danych na odległość i telekomunikacja to obszary szczególnie związane z PEM, gdyż opierają się one na działaniu fal radiowych. Obecnie, nowoczesna technologia towarzyszy nam na każdym kroku i nie wyobrażamy już sobie świata bez elektroniki, a to, że możemy z niej korzystać, zawdzięczamy m.in. Polakowi. Wybitny chemik i metaloznawca polskiego pochodzenia – Jan Czochralski, opracował w 1916 roku tzw. „Metodę Czochralskiego”, czyli rewolucyjną technikę otrzymywania monokryształów. Dzięki temu, możliwe było uzyskanie m.in. monokryształów krzemu, które posłużyły następnie do konstrukcji układów scalonych. Te z kolei, są sercem i fundamentem wszelkich urządzeń elektronicznych. Dlatego właśnie, Jan Czochralski jest przez wielu ludzi nazywany „ojcem elektroniki”.[1]
Polska ma także swój wkład w rozwój technik światłowodowych, które są jedną z najskuteczniejszych form transmisji danych. W tej tematyce najwięcej zawdzięczamy pracownikom naukowym z Uniwersytetu w Lublinie, którzy prace nad tą technologią rozpoczęli już w latach siedemdziesiątych[2], a skonstruowany przez nich przewód światłowodowy był jednym z pierwszych na świecie. Co więcej, lubelscy badacze swoją pracę kontynuują do dziś. Jednym z ich największych sukcesów jest m.in. skonstruowany w 2015 roku przełącznik fotoniczny, który umożliwia stukrotnie szybsze przesyłanie danych w sieciach optycznych.[3] Dodatkowe wspomaganie tego procesu umożliwi też wprowadzenie (zaprezentowanej w październiku tego roku) techniki kodowania – ANS. Ten wynalazek badaczy z Uniwersytetu Jagiellońskiego pozwala na trzydziestokrotnie szybszą transmisję informacji drogą elektroniczną.[4]
Kolejna, piąta generacja sieci bezprzewodowej nadchodzi wielkimi krokami. Biorąc pod uwagę, że jej odbiór odbywać się będzie za pomocą urządzeń elektronicznych, a u podstawy jej infrastruktury leżą światłowody, to można powiedzieć, że nadchodząca rewolucja technologiczna jest m.in. zasługą Polski i naszych utalentowanych naukowców.
Kino, kamera, akcja…
Chyba każdy z nas ogląda filmy lub programy telewizyjne. W największym uproszczeniu, ich tworzenie opiera się na rejestracji za pomocą kamery, transmisji oraz odtwarzaniu materiałów zawierających obraz, a obecnie również dźwięk. Proces ten związany jest bezpośrednio m.in. ze światłem widzialnym, falami elektromagnetycznymi i wymagane jest do niego zasilanie, tak więc, również kino opiera się na PEM.
Tak się składa, że kinematografia wyjątkowo dużo zawdzięcza jednemu z naszych rodaków, a konkretnie Kazimierzowi Prószyńskiemu. Choć jako twórców kina i pierwszego projektora filmowego podaje się braci Lumiére, którzy zaprezentowali swój kinematograf w 1895 roku, to daty mówią same za siebie. Prószyński pokazał światu swoje urządzenie, które nazwał Pleografem już w 1894 roku.[5] Co więcej, podobno podczas jednej z demonstracji pleografu, sam Luis Lumiére stwierdził: „Panowie, ten człowiek jest pierwszy w kinematografii, ja jestem drugi”.[6]
Zaledwie kilkanaście lat później, w 1908 roku, Kazimierz Prószyński ponownie zrewolucjonizował branżę filmową. Wszystko to za sprawą wynalezienia Aeroskopu, czyli pierwszej na świecie, ręcznej kamery filmowej. Jej sukces polegał nie tylko na tym, że było to narzędzie mobilne, ale również łatwe w obsłudze, posiadało własny system zasilania (była napędzana sprężonym powietrzem) i stabilizację obrazu. Był to prototyp późniejszej kamery reporterskiej, a jego wynalezienie zapoczątkowało erę filmów dokumentalnych i przyrodniczych.[7]
Różnorodne obrazy
Podobnie jak w przypadku polskiego wkładu w kinematografię, również w temacie zdjęć i telewizji wybija się jedno, konkretne nazwisko – Jan Szczepanik. Ten polski naukowiec jest na świecie określany różnymi mianami, a jednym z nich jest „polski Edison”. Co więcej, w swoich artykułach pisał o nim i wychwalał jego dokonania sam Mark Twain.
Dlaczego nasz rodak jest darzony tak dużą estymą? Jego specjalnością było barwienie. Opracował m.in. światłoczuły papier oraz system tworzenia kolorowych fotografii (1889r.), które stosowane były przez takie firmy, jak Kodak i Agfa. Jemu zawdzięczamy również metodę barwnego tkactwa (1896r.), opartą na fotograficznym kopiowaniu wzorów na materiały podczas ich produkcji. Jednym z największych osiągnięć w karierze Szczepaniaka jest jednak Telektroskop (1897r.), czyli urządzenie do przesyłania na odległość dźwięku wraz z ruchomym, kolorowym obrazem. Jeśli brzmi to znajomo, to zgadza się – był to protoplasta dzisiejszej telewizji.[8]
Tak już jest z niektórymi dziedzinami, że ich rozwój potrafi trwać nawet dziesięciolecia, tak jest też w przypadku holografii. Jest to „dział optyki zajmujący się technikami uzyskiwania obrazów przestrzennych (trójwymiarowych) metodą rekonstrukcji fali (głównie światła)”, jest więc bezpośrednio oparty na działaniu PEM.
Holografia nadal wielu z nas wydaje się futurystyczna, ale już teraz z jej udziałem organizowane są m.in. koncerty, na których wykonawca prezentowany jest w formie hologramu. Choć ta dziedzina wydaje się nowoczesna, to jej początki datowane są na rok 1920, a kamień węgielny pod nią położył nasz rodak – Mieczysław Wolfke. Był on pionierem i prekursorem holografii, gdyż jako pierwszy opisał jej teoretyczne działanie i zastosowanie. Niestety, w tamtych czasach nie miał technicznych możliwości opracowania swego odkrycia w praktyce. Jednak to jego praca, którą następnie kontynuowali inni badacze, pozwoliła na to, abyśmy dziś mogli zachwycać się niesamowitym zjawiskiem hologramów.[9]
Materiały
Rozwój nowoczesnych technologii umożliwia m.in. opracowywanie nowych wyrobów o wyjątkowych właściwościach. Jedną z dziedzin, zajmujących się tym obszarem, jest nanotechnologia, opierająca się na manipulacji materiałami i substancjami na poziomie cząsteczek w rozmiarze nano.[10]
Jednym z największych odkryć w tym obszarze jest natomiast grafen, czyli materiał zbudowany z atomów węgla, wykazujący właściwości, m.in. elektryczne i mechaniczne. Ze względu na mnogość zastosowań, jest to obecnie jeden z najbardziej pożądanych materiałów na świecie. Problem polega na tym, że większość opracowanych dotychczas metod jego wytwarzania jest zbyt kosztowna w stosunku do jakości otrzymanego produktu. Przełom w tej dziedzinie nastąpił jednak w 2011 roku, dzięki Wydziałowi Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz polskiemu Instytutowi Materiałów Elektronicznych, a efektem ich współpracy było opracowanie technologii pozyskiwania grafenu w najwyższej dotąd jakości. Natomiast w 2015 roku, Politechnika Łódzka zaprezentowała nowe, ekonomiczne urządzenie do produkcji tego materiału.[11]
Tworzywa różnego rodzaju mogą także ratować zdrowie. Przykładem może być wyjątkowy biomateriał (tzw. sztuczna kość), opracowany przez Uniwersytet Medyczny w Lublinie i Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie. Jest to substancja zbliżona do naturalnych kości człowieka, która nie wywołuje skutków ubocznych (nie powoduje alergii i minimalizuje ryzyko odrzucenia przeszczepu), a do tego przyspiesza gojenie ran. Ma ona zastosowanie głównie w ortopedii i stomatologii implantacyjnej.[12]
W przypadku potrzeby zapewnienia bezpieczeństwa przed bronią palną, np. podczas konfliktów zbrojnych lub czynności policji, niezwykle przydatne są odkrycia Kazimierza Żeglenia. Opracował on materiały oraz płyty kuloodporne, które do tej pory uratowały już wiele ludzkich istnień. Stworzył on także najsłynniejszy przykład zastosowania takich materiałów, czyli kamizelkę kuloodporną.[13] Co ciekawe, niemal równolegle nad tym samym produktem pracował inny polski wynalazca – Jan Szczepaniak.[14] Kamizelka w wersji Szczepaniaka uratowała życie m.in. króla Hiszpanii – Alfonsa XIII (za co otrzymał wysokie państwowe odznaczenie), order miał otrzymać także od cara Mikołaja II, jednak odmówił z pobudek politycznych i zamiast tego, car podarował mu złoty zegarek wysadzany diamentami.[15] Biorąc pod uwagę zbieżność zainteresowań, Kazimierz Żegleń i Jan Szczepanik nawiązali współpracę, w wyniku której razem kontynuowali produkcję kamizelek kuloodpornych.[16] W końcu, „co dwie głowy, to nie jedna”.
Jak wiadomo, wszystko w nadmiarze może szkodzić i podobnie jest z promieniowaniem pola elektromagnetycznego. O ile PEM związane z bezprzewodową transmisją danych nie zagraża naszemu zdrowiu, to w przypadkach np. urządzeń medycznych, często emitujących fale elektromagnetyczne o różnych częstotliwościach z zakresu jonizującego, długa ekspozycja na nie może wpłynąć negatywnie na ludzki organizm.
Naprzeciw tym zagrożeniom wyszedł m.in. Instytut włókiennictwa w Łodzi, działający prężnie w dziedzinie nanotechnologii. Uczeni z instytutu jako pierwsi na świecie zastosowali technikę napylania magnetronowego do nanoszenia cienkich powłok metalicznych na włókniny. W efekcie, materiały te skutecznie chronią przed szkodliwym promieniowaniem PEM i mogą być wykorzystywane m.in. do produkcji ubrań. Co więcej, stworzonymi tą metodą tapetami zainteresowane są np. banki i centra danych, gdyż mogą one wspomóc ochronę przez urządzeniami do nieuprawnionego dostępu.[17]
Konstrukcje budowlane, o działaniu ochronnym przed szkodliwym promieniowaniem polem elektromagnetycznym, zawdzięczamy natomiast m.in. pracy Stanisława Wosińskiego. Wynalazł on nową metodę ekranowania elektromagnetycznego (osłony przed PEM) w zakresie niskich częstotliwości, opierającą się na zastosowaniu właściwości wody w nanokompozytach. W ten sposób powstały maty ochronne, które można implementować np. pod podłogami lub powierzchnią dachową, a nawet tworzyć z nich kombinezony dla osób narażonych na szkodliwą ekspozycję na PEM.[18]
Przydatne i praktyczne – wykrywacz metalu
Jak wszyscy wiemy, wojna jest czymś strasznym, a jej negatywne skutki nie kończą się wraz z zawieszeniem broni. Jedną z jej przerażających pozostałości są m.in. miny, które po dziś dzień znajdują się na terenach dawnych walk. Najlepszym narzędziem do ich poszukiwania jest wykrywacz metalu (ręczny detektor elektromagnetyczny), służący podczas wojny i po jej zakończeniu do odnajdywania min lądowych. Nie każdy jednak wie, że jest on zasługą dwóch Polaków – Józefa Kosackiego i Andrzeja Garbosia,[19] którzy za sprawą swojego wynalazku uchronili wiele istnień.
Kosmicznie i nowocześnie
Polacy mogą być dumni również z wielu utalentowanych ludzi, zajmujących się tematyką kosmiczną. Nasze rodzime drużyny projektujące łaziki nie tylko licznie biorą udział w międzynarodowych konkursach konstruktorskich, ale każdego roku zajmują na nich wysokie miejsca, często na samym szczycie list[20] (2020 rok również nie był tu wyjątkiem[21]). Dodatkowo, w kosmosie już teraz znajdują się polskie wytwory. Przykładowo, w lipcu tego roku na Marsa ruszył łazik Perseverance. Jego celem będzie poszukiwanie śladów dawnego życia na czerwonej planecie, a został on zbudowany m.in. z części wyprodukowanych w Polsce.[22] Z kolei na chińskiej stacji kosmicznej, zainstalowany jest detektor POLAR. Ten innowacyjny, polski wynalazek przeznaczony jest do badania polaryzacji promieniowania gamma (jednej z form PEM) pochodzącego z rozbłysków.[23]
Na naszej planecie też nie mamy gorszych wyników. Wart odnotowania jest m.in. przedstawiony w 2014 roku wózek inwalidzki, zaprojektowany przez Patryka Arłamowskiego i Kamila Rudnicka, którym można sterować za pomocą fal mózgowych. Za jego pomocą można również łączyć się z systemami inteligentnych domów, np. zdalnie włączając światło lub otwierając drzwi i okna.[24]
Z kolei, opracowany przez naukowców z Ostrowa Wielkopolskiego – System Sensor, umożliwia osobom niepełnosprawnym obsługę komputera, a także inteligentnych urządzeń domowych przy użyciu mimiki twarzy lub ruchu dowolnej części ciała. Dzięki zastosowaniu zespołu urządzeń elektronicznych, umożliwi on sprawniejsze funkcjonowanie wszystkim osobom potrzebującym.[25]
Oczywiście, wyżej wymieniona lista to nie wszystkie wynalazki, którymi mogą pochwalić się wybitni przedstawiciele naszego narodu. Nawet panująca obecnie pandemia dała temu dobry wyraz. Wychodząc naprzeciw potrzeb związanych z panującym kryzysem, polscy wynalazcy nie tylko opracowali, ale również udostępnili za darmo projekt nowatorskiego respiratora. Dlaczego jest on wyjątkowy? Ponieważ można go wydrukować za pomocą zwykłej drukarki 3D, a koszt jego produkcji to zaledwie około 200 zł.[26] Zarówno to, jak i pozostałe (także nieopisane tu) odkrycia naszych rodaków, są wyjątkowo dobrymi powodami do dumy. Należy jednak pamiętać, że nie jest to jeszcze ich ostatnie słowo i w przyszłości możemy oczekiwać kolejnych, nie mniej chlubnych osiągnięć.
Źródła:
[1]https://pl.wikipedia.org/wiki/Jan_Czochralski
[2]https://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Awiat%C5%82ow%C3%B3d
[3]https://www.polskaszerokopasmowa.pl/technologie/swiatlowodwy-wynalazek-naukowcow-z-lublina.html
[4]https://300gospodarka.pl
[5]https://pl.wikipedia.org/wiki/Projektor_filmowy
[6]https://pl.wikipedia.org/wiki/Pleograf_(technika)
[7]https://pl.wikipedia.org/wiki/Aeroskop
[8]https://pl.wikipedia.org/wiki/Jan_Szczepanik
[9]https://pl.wikipedia.org/wiki/Holografia
[10]https://pl.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologia
[11]https://pl.wikipedia.org/wiki/Grafen
[12]https://pl.wikipedia.org/wiki/Sztuczna_ko%C5%9B%C4%87
[13]https://pl.wikipedia.org/wiki/Kazimierz_%C5%BBegle%C5%84
[14]https://pl.wikipedia.org/wiki/Kamizelka_kuloodporna
[15]https://pl.wikipedia.org/wiki/Jan_Szczepanik
[16]https://pl.wikipedia.org/wiki/Kazimierz_%C5%BBegle%C5%84
[17]https://biotechnologia.pl/biotechnologia/materialy-wlokiennicze-o-unikalnych-wlasciwosciach-wywiad-z-dyrektor-instytutu-wlokiennictwa-w-lodzi-prof-jadwiga-sojka-ledakowicz,471
[18]https://biomagnetica.pl/pl/i/27-lat-historii-ADR/10
[19]https://pl.wikipedia.org/wiki/Wykrywacz_min
[20]https://gadzetomania.pl/3351,polskie-laziki-marsjanskie-najlepsze-na-swiecie-dwie-polskie-druzyny-na-podium
[21]https://www.wnp.pl/tech/polski-lazik-marsjanski-zwyciezyl-w-zawodach-w-indiach,367639.html
[22]https://www.urania.edu.pl/wiadomosci/lazik-perseverance-w-drodze-na-marsa
[23]https://pl.wikipedia.org/wiki/Detektor_POLAR
[24]https://hive.blog/polish/@akaczynsky/polskie-wynalazki-ktore-zmienily-swiat
[25]https://systemsensor.pl/komunikatory_dla_niepelnosprawnych_niemowiacych.html
[26]http://www.medinwestycje.pl/innowacyjny-projekt-respirator-z-drukarki-3d