Newsy

Polscy naukowcy szukają nowych zastosowań światłowodów. Skonstruowali już unikatowy w skali świata sejsmograf rotacyjny i pracują nad liniami odpornymi na podsłuchy

2021-08-05  |  06:30
Mówi:dr inż. Paweł Marć, kierownik Zakładu Technicznych Zastosowań Fizyki, Wydział Nowych Technologii i Chemii Wojskowa Akademia Techniczna
prof. dr hab. inż. Leszek R. Jaroszewicz, czł. koresp. PAN, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Wojskowa Akademia Techniczna

Coraz popularniejszy w Polsce światłowód w klasycznym zastosowaniu pozwala przesyłać dane z ogromną prędkością i zapewnia superszybki dostęp do internetu. Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej szukają jednak innych, nietelekomunikacyjnych zastosowań włókien optycznych. Efektem ich prac jest już jeden z dwóch istniejących na świecie światłowodowych sejsmografów rotacyjnych, który pozwala badać zjawiska sejsmiczne towarzyszące trzęsieniom ziemi, rejestrować ruchy rotacyjne wysokich budowli i przewidywać tąpnięcia w kopalniach. Z myślą o administracji rządowej badacze rozwijają też metody kodowania binarnego, które pozwolą zabezpieczyć światłowody przed podsłuchami z zewnątrz.

 Informacje w światłowodzie są przesyłane w postaci kodowanych impulsów światła. Pojedyncze włókno światłowodowe, które pozwala nam transmitować to światło przez ocean, ma już w tej chwili pojemność liczoną w petabitach na sekundę. To są wielkości niewyobrażalne dla zwykłego człowieka. Dla przykładu UE chciała, żeby do 2020 roku każdy z jej obywateli miał dostęp do internetu szerokopasmowego o prędkości 1 gigabita na sekundę. Pojemność włókna przesyłającego światło za ocean jest już milion razy większa – tłumaczy w rozmowie z agencją informacyjną Newseria dr inż. Paweł Marć, kierownik Zakładu Technicznych Zastosowań Fizyki na Wydziale Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej.

W klasycznym zastosowaniu światłowód zapewnia superszybki dostęp do internetu. Według raportu Urzędu Komunikacji Elektronicznej światłowody należą do najszybciej rozwijających się technologii dostępowych. Tylko w 2020 roku w Polsce przybyło 25 tys. km sieci światłowodowej, a liczba użytkowników internetu dostarczanego za pomocą FTTH (z ang. światłowód do domu) wzrosła o 36 proc. (w ciągu ostatnich dwóch lat o 71 proc.).

Podobnie jak w przypadku łącza bazującego na tradycyjnych miedzianych kablach również w przypadku światłowodu sygnał jest przesyłany za pomocą zer i jedynek, ale zamiast sygnału elektrycznego jest to fala światła z zakresu podczerwieni (niewidzialna dla wzroku).

– Informacja w światłowodzie jest przesyłana w sposób cyfrowy, to znaczy, że światło jest zakodowane, a każda informacja jest zamieniona na ciąg zer i jedynek i przesyłana z olbrzymią szybkością. Z drugiej strony znajduje się urządzenie elektroniczne, które przetwarza to na zmiany natężenia prądu i odczytuje tę informację. I to jest właśnie przesył cyfrowy – wyjaśnia prof. dr hab. inż. Leszek R. Jaroszewicz z Wydziału Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej, członek korespondent PAN.

Przewód światłowodowy składa się z płaszcza, wewnątrz którego jest rdzeń wykonany najczęściej z kwarcu, oraz zewnętrznej warstwy ochronnej, pokrytej polimerową powłoką. Taka konstrukcja ma zapewnić, że światło, przewodzące zapisaną cyfrowo informację, będzie nieczułe na wszelkie zewnętrzne zaburzenia podczas wielokilometrowej transmisji i wzdłuż niezwykle krętej drogi.

 Światłowód nie wyczerpał jeszcze swoich możliwości. Nieustannie testowane są nowe technologie wytwarzania bardzo skomplikowanych struktur antyrezonansowych, struktur z rdzeniem powietrznym, które można zastosować jako ekwiwalenty dla standardowych włókien światłowodowych. Sam pojedynczy światłowód wciąż ma też wystarczającą pojemność informacyjną do tego, żebyśmy mogli komunikować się ze sobą w czasie rzeczywistym czy prowadzić streaming wideo nawet w pakietach 4K – wskazuje dr inż. Paweł Marć.

Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej pracują też nad nietelekomunikacyjnymi zastosowaniami światłowodów. Wykorzystują włókna optyczne – a szerzej mówiąc, fotonikę światłowodową – głównie jako czujniki do pomiaru zewnętrznych pól fizycznych (temperatury, naprężenia, wilgotności etc.), chemicznych, a nawet biologicznych. Każde takie rozwiązanie wymaga jednak „uczulenia” włókna światłowodowego na dane czynniki. W tym celu naukowcy modyfikują budowę włókien i strukturę ich pokrycia (np. poprzez odpowiednie warstwy metaliczne, polimerowe, grafenowe). To w połączeniu z zaawansowanymi technikami detekcji umożliwia wykrywanie wybranych czynników z bardzo duża precyzją.

Jednym z takich nietelekomunikacyjnych zastosowań światłowodu, opracowanym przez badaczy z WAT, jest detekcja drgań rotacyjnych. Pozwala ona badać zjawiska sejsmiczne towarzyszące trzęsieniom ziemi, rejestrować ruchy rotacyjne wysokich budowli czy też przewidywać tąpnięcia w kopalniach, których skutki mogą być katastrofalne.

– Trzęsienia ziemi i tąpnięcia w kopalniach można mierzyć za pomocą tradycyjnych sejsmometrów. Natomiast w układach światłowodowych szukamy też możliwości odbioru rotacyjnych składowych takiego trzęsienia ziemi. W przypadku takiego zjawiska – poza tym, że grunt drga fizycznie – może też występować skręcenie płaszczyzny, w której to drganie się odbywa. I tutaj wykorzystujemy interferometr w bardzo specyficznej konfiguracji optycznej. Mamy nadzieję, że ten sposób pomiaru się ugruntuje – mówi kierownik Zakładu Technicznych Zastosowań Fizyki na Wydziale Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej.

– W podobny sposób przewiduje się także tąpnięcia w kopalniach, czyli osunięcie, zawalenie się części korytarza. Kiedy ono występuje, to w innych miejscach pojawiają się naprężenia, od których rozchodzą się drgania. Te drgania mają podobną charakterystykę jak drgania trzęsień ziemi. Można powiedzieć, że tąpnięcia w kopalniach to takie lokalne, bliskie trzęsienia ziemi – dodaje prof. Leszek Jaroszewicz.

Efektem pracy naukowców z WAT jest światłowodowy sejsmograf rotacyjny. To jedno z zaledwie dwóch takich urządzeń na świecie.

– Drugie wytwarza firma iXblue z Francji – mówi członek korespondent PAN. – Natomiast w Polsce jeden z tych sejsmografów znajduje się obecnie w podziemiach zamku Książ, w Obserwatorium Sejsmologicznym Polskiej Akademii Nauk. Niestety wycieczki turystyczne po zamku powodują, że nasze badania mogą być prowadzone tylko w nocy. Druga lokalizacja to Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, którego stanowiska badawcze pozwalają na monitorowanie zaburzeń występujących w śląskim regionie górniczym.

Na bazie włókien światłowodowych polskim badaczom udało się skonstruować też m.in. platformę czujnikową do pomiaru mikroustrojów biologicznych, generator wirów optycznych dla potrzeb komputerów kwantowych i system pomiaru niebezpiecznych związków w powietrzu (w tym np. środków bojowych). Jednym z ostatnich rozwiązań – rozwijanych z myślą o administracji rządowej – jest z kolei kodowanie binarne dla zabezpieczeń antypodsłuchowych linii transmisyjnych.

– Od wielu lat rozwijana jest technika kodowania informacji po stronie nadawcy i odbiorcy. Tym, którzy chcą nas podsłuchać i przeprowadzają np. ataki komputerowe, staramy się to matematycznie utrudnić. Natomiast sam światłowód nie jest chroniony. A zatem wiedząc, który światłowód będzie wykorzystywany przez nadawcę i odbiorcę, można mechanicznie uzyskać do niego dostęp, a następnie odebrać część sygnału, analizować ten sygnał optycznie i elektronicznie, a w końcu rozkodować przesyłaną informację. My natomiast budujemy układ optoelektroniczny, który wykorzystamy do tego, aby przeciwdziałać tego typu atakom, bo teraz nie jesteśmy nawet w stanie ich wykryć – zapowiada dr inż. Paweł Marć.

Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej byli gośćmi nowego formatu spotkań Good Morning Science w ramach inicjatywy klubu Trend House, założonego przez Fundację Venture Café Warsaw. Misją klubu jest łączenie innowatorów i rozwiązywanie ważnych problemów społecznych, ekonomicznych i technologicznych. Trend House obecnie liczy ponad 160 członków, w tym osobistości ze świata nauki, biznesu i ekosystemu innowacji. 

Czytaj także

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

Bankowość

Banki mogą odgrywać kluczową rolę w budowaniu innowacyjności gospodarki po pandemii. Same też zapowiadają inwestycje w tym obszarze

Pandemia pokazała, że polski sektor finansowy – choć sam w sobie jest postrzegany jako bardzo innowacyjny – wciąż planuje kolejne inwestycje w obszarze technologii. W horyzoncie czasowym 2021–2024 za największe wyzwania technologiczne dla branży uznawane są m.in. personalizacja usług, kwestie regulacyjne czy rozwiązania chmurowe. Co ciekawe, w konsekwencji pandemii COVID-19, skutkującej przyspieszeniem procesów digitalizacji we wszystkich branżach, banki zaczęły zaliczać do tych wyzwań także nową organizację pracy i aspekty kadrowe, a zwłaszcza pozyskanie wykwalifikowanych pracowników IT. Takie konkluzje przyniosło badanie przeprowadzone przez KIR i Accenture wśród CIO dziewięciu kluczowych banków na polskim rynku. Eksperci podkreślają też, że kondycja sektora finansowego i jego innowacyjność będą odgrywać znaczącą rolę w budowaniu konkurencyjności polskiej gospodarki po pandemii.

Konsument

Od 2022 roku planowane są zmiany w ocenianiu jakości szpitali. Najlepsze będą mogły liczyć na dodatkowe finansowanie

Ustawa o jakości w ochronie zdrowia wprowadzi nowy model oceniania i certyfikowania szpitali przez Narodowy Fundusz Zdrowia. Najlepsze będą mogły liczyć na większe dotacje. Pod koniec lipca projekt nowych przepisów został skierowany do konsultacji społecznych. Jego skutkiem ma być poprawa jakości działania placówek medycznych. Prezes NFZ liczy na to, że zmotywuje to placówki medyczne do konkurowania i podnoszenia jakości świadczonych usług. Przedstawiciele szpitali mają jednak wątpliwości co do nowego systemu oceny.

Infrastruktura

Bezpieczeństwo na drogach w Polsce wciąż wymaga poprawy. Dodatkowe szkolenia i warsztaty potrzebne nawet doświadczonym kierowcom

W 2020 roku w Polsce doszło do ponad 23 tys. wypadków drogowych, w których zginęło 2491 osób, a ponad 26 tys. zostało rannych. W tegorocznych statystykach nie widać znacznej poprawy. Wśród przyczyn niebezpiecznych zdarzeń na drodze wciąż można wymienić nadmierną prędkość i wymuszanie pierwszeństwa. – Kierowcy często popadają w pewną nonszalancję. Wsiadają do samochodu z przekonaniem, że nic złego się dzisiaj nie wydarzy, bo jest piękny, słoneczny dzień – mówi Mariusz Sztal, ekspert ds. bezpieczeństwa ruchu drogowego. Jak podkreśla, potrzebna jest przede wszystkim zmiana podejścia do bezpieczeństwa na drodze. Okazją do tego są otwarte warsztaty z bezpieczeństwa ruchu drogowego, którym patronuje firma kurierska DHL Parcel.

Konsument

Rośnie popularność TikToka w działaniach reklamodawców. Serwis promuje zarówno globalne, jak i małe, lokalne biznesy

Ubiegły rok, zdominowany przez pandemię i lockdown, spowodował skokowy wzrost konsumpcji treści w social mediach. Na tym trendzie skorzystał także TikTok, który króluje w globalnych zestawieniach najczęściej pobieranych aplikacji. W Europie TikTok ma już 100 mln aktywnych kont i ta liczba stale rośnie. To z kolei przekłada się na jego potencjał reklamowy, zwłaszcza że TikTok udostępnia rozwiązania, które wspierają w komunikacji z użytkownikami każdy biznes, niezależnie od branży i wielkości.