Khoa học tự nhiên

Các nhà vật lý đề xuất phương pháp mới “bện xoắn” ánh sáng (01/09/2016)

Các nhà vật lý đề xuất một phương pháp mới “bện xoắn” ba chùm ánh sáng bằng cách dẫn hướng các chùm ánh sáng này dọc theo các sai hỏng dạng xoáy (vortex-shaped defects), hình xoáy (swirling) trong môi trường quang học do đó các chùm ánh sáng dịch chuyển. Ánh sáng được bện xoắn có đặc tính “phi Abelian” đặc biệt, có nghĩa là các pha của nó sẽ phụ thuộc vào trật tự bắt buộc trong đó các sai hỏng được quấn quanh vào nhau.

Mới đây, chuyên gia vật lý Thomas Iadecola, Thomas Schuster, và Claudio Chamon thuộc trường Đại học Boston đã công bố công trình nghiên cứu về ánh sáng bện phi Abelia này trên tạp chí Physical Review Letters.

Theo giải thích của các nhà vật lý, ánh sáng được bện xoắn phi Abelian (non-Abelian braided light) là analogue quang học của một hiện tượng tương tự xuất hiện trong các hệ thống điện tử, đã được biết đến từ khoảng những năm 1980, có tên gọi là pha Berry phi Abelian (non-Abelian Berry phases), có thể tạo ra hiện tượng điện tử có các electron lan truyền qua để có được các sai hỏng topo như các luồng xoáy mà có thể quấn quanh vào nhau để tạo thành một dây bện xoắn tết chặt. Bên trong hiện tượng điện tử này, các trạng thái năng lượng bằng không (zero-energy states), được gọi là zero modes, vận chuyển các điện tích của toàn bộ điện tích electron, liên kết với các sai hỏng đã bện xoắn và hoạt động như các bộ dẫn hướng cho các điện tích truyền tải.

Nghiên cứu mới này đánh dấu lần đầu tiên các kiểu dao động bằng không (zero modes) có khả năng bện tết đã được chứng minh về mặt lý thuyết có sự tồn tại trong hệ thống quang học. Theo đó, các nhà nghiên cứu đề xuất một bộ dẫn sóng có thể điều chỉnh được trong các mô hình chứa luồng xoắn, ở nơi mà các vị trí đặc biệt của luồng xoắn bị ăn mòn trong môi trường quang hóa bằng lase femtosecond (laser femto giây). Mỗi luồng xoáy có thể “bẫy” một chùm ánh sáng, để cho ánh sáng định tuyến đường dẫn bện xoắn khi nó truyền xuyên qua môi trường.

“Ý nghĩa lớn nhất của nghiên cứu này là đã chỉ ra được sự tồn tại của các sai hỏng với bện xoắn phi Abelian trong quang học, thay vì hệ thống điện tử. Các sai hỏng này đáp ứng được nhu cầu lớn hoạt động trong luồng xoáy của hệ thống điện tử trạng thái rắn. Tuy nhiên, analogue quang học mà chúng tôi đề xuất trong nghiên cứu này có thể cung cấp hướng đi mới đối với quan sát các bện xoắn phi Abelian. Ưu điểm của hệ thống quang học này là chúng có mức độ chức năng dò tìm cao, cho phép một hệ thống nào đó điều chỉnh chính xác các đường đi của các sai hỏng trong khi bện xoắn”.

Trong cả hệ thống điện tử và hệ thống quang học, đặc tính phi Abelian của quá trình bện xoắn có nghĩa là tạo các bện xoắn như nhau trong theo một phạm vi trật tự khác nhau. Đặc tính phi Abelian bắt nguồn từ cấu trúc liên kết đã bện xoắn của các zero modes, và khác biệt với hầu hết các quá trình xử lý mà điện tích hoặc ánh sáng dẫn hướng, điều này không phụ thuộc vào sự sắp xếp các bước trong quá trình xử lý.

Theo Iadecola cho biết: “Thực tế là ánh sáng bện xoắn “hành xử” theo cách phi Abelian này rất thú vị bởi vì nó tạo thành một biểu hiện sống động của quang học trong vật lý. Các luồng xoáy sử dụng để “bẫy” ánh sáng và bện xoắn ánh sáng là các sai hỏng topo trong các mô hình trật tự của mạng dẫn sóng. Chúng tôi tin rằng nó có thể sử dụng các mạng dẫn hướng topo trong các phần tử mạch quang học. Đây là một hướng nghiên cứu mà chúng tôi đang quan tâm theo đuổi. Chúng tôi dự định làm việc với các nhà thực nghiệm trong lĩnh vực quang học dẫn sóng để tiến hành thử nghiệm lắp đặt phiên bản thí nghiệm chúng tôi đề xuất. Chúng tôi cũng muốn xác định các nền hệ thống quang học khác để có thể hỗ trợ các kiếu dẫn hướng topo mà chúng tôi đang nghiên cứu”.

Nguồn: www.vista.gov.vn

000028x�nH
�X�_V12604 StartFragment:0000002961 EndFragment:0000012564 SourceURL:file:///\\192.168.50.4\phongthongtin\DANG%20TRIEN%20KHAI\Tin%20cap%20nhat\1.9\Tin%20thanh%20tuu%20KHCN\Khoa%20hoc%20cong%20nghe\Sang%20che%20may%20che%20bien%20dieu.doc

Ông Thạnh đứng bên một bộ phận của máy cắt tách hạt điều tự động và hệ thống phân loại sau cắt tách.

Thành công từ ý tưởng đột phá

Năm 2004, ông Thạnh tham khảo sưu tầm, thậm chí mang cả máy cắt tách hạt điều của Ý về tháo rời để học hỏi nhưng không kết quả. Theo ông, máy cắt tách hạt điều của Ý dùng hệ thống xích, công nhân phải nhét từng hạt vào từng mắt xích, tốn công, nhét không kịp, hạt lại vỡ nhiều.

Rồi máy cắt mâm xoay, máy cắt ca-li-met... tất cả đều không thể đem lại hiệu quả trong sản xuất. Rồi dùng ti-ben, khí nén sản xuất từng máy cắt riêng lẻ tự động theo công nghệ PLC (công nghệ tự động dùng khí nén).

Sau khi suy nghĩ, ông Thạnh quyết định liên kết nhiều máy lại với nhau thành hệ thống khép kín có gắn thêm hệ thống sàn rung để tách nhân, vỏ, hạt bể vỡ ra riêng rẽ nhau. Sau 4 năm mày mò nghiên cứu, cuối cùng ông đã thành công.

Ông Thạnh bảo, chỉ có công nghệ tự động mới có khả năng giải quyết yêu cầu đặt ra. Công nghệ ông chọn là công nghệ tự động PLC. Tất cả được lập trình trên máy tính. Ông dùng chương trình đã lập này để điều khiển các ti-ben chạy bằng khí nén. Cả hệ thống có tủ điều khiển chung đặt bên ngoài, và tìm máy có bộ điều khiển tự động riêng.

Ông Thạnh cho biết: “Kết cấu và hoạt động của máy rất đơn giản. Hạt điều sau khi hấp, chao được cho vào phễu từng máy, và cho rớt tuần tự xuống mâm có nối với nhiều rãnh. Nhờ hệ thống rung, hạt tuần tự đi vào các rãnh. Đến thời điểm nhất định hạt được định vị tại chỗ, đúng lúc đó dao cắt khép lại, cắt hạt làm đôi. Lúc này cả vỏ và nhân tách ra, theo cửa máy rớt xuống băng tải. Cứ như vậy cả 10 máy liên tục cắt tách và đưa sản phẩm ra băng tải. Hệ thống có thể hoạt động liên tục trong 3 ca”.

Điều khó khăn nhất là làm sao hạt nằm đúng vị trí cắt - tức nằm nghiêng, để khi cắt, 2 vỏ hạt điều tách ra, mà không làm vỡ nhân bên trong. Vị trí lắp đặt, độ đóng mở dao cắt phù hợp kích cỡ hạt để sau khi cắt tỷ lệ hạt vỡ ở mức cho phép và thấp nhất. Ông Thạnh cho biết: “Sau nhiều lần thử nghiệm thất bại, tôi vẫn kiên trì điều chỉnh. Sau 3 năm nghiên cứu ròng rã, hiện nay đã thành công. Máy có tỷ lệ hạt vỡ trên dưới 7% là tỷ lệ chấp nhận được”.

Theo ông Thạnh, máy cắt tách hạt điều tự động và hệ thống phân loại sau cắt tách có năng suất 180kg hạt nguyên liệu/giờ (khoảng 2 tấn/ngày), tính ra thay thế được 50 lao động (mỗi công lao động cắt tách thủ công được trung bình 40kg hạt điều thô). Nếu trừ 15 công nhân vận hành cho hệ thống thì vẫn giảm được 35 lao động so với làm thủ công, cắt tách khoảng gần 2 tấn hạt điều nguyên liệu trong một ngày.

Như vậy nhiều cơ sở sản xuất lớn hàng chục tấn/ngày thì số công nhân giảm là con số rất lớn. Đó là chưa kể chi phí vận chuyển, quản lý, tỷ lệ thất thoát khi chuyển hạt điều đến nhiều địa điểm “vệ tinh” trong vùng để gia công cắt tách từ nhà máy chính.

Ông Thạnh cho biết: “Nguồn lợi đem lại khi dùng hệ thống thiết bị cắt, tách hạt điều tự động này là rất lớn. Từ đó giảm giá thành, cạnh tranh được trên thị trường thế giới, lợi nhuận đem lại cũng cao hơn. Đồng thời, các cơ sở chế biến cũng sẽ đôn đốc người dân trồng điều để mua nguyên liệu, kích thích giá thành, từ đó người dân sẽ hưởng được lợi nhuận”.
Ông Trần Văn Sum cho biết: “Dùng hệ thống này giảm được công lao động, giảm điện năng, giảm tỉ lệ bể vỡ. Máy chủ yếu cắt được cỡ hạt loại C. Loại hàng này công nhân ít muốn cắt thủ công, vì tốn công mà thu nhập thấp hơn hàng loại A, loại B. Sử dụng máy giúp giảm công lao động và chủ động thời gian hơn, tiết kiệm được nhiều chi phí”.

Máy cắt tách hạt điều tự động và hệ thống phân loại sau cắt tách của ông Thạnh tuy còn phải tiếp tục hoàn thiện để đạt hệ số kỹ thuật tối ưu, giảm tỷ lệ hạt vỡ còn khoảng 4%. Nhưng thực tế cho thấy đây là thành công lớn, mở ra hướng mới cho ngành chế biến hạt điều Việt Nam, giảm lao động, giảm giá thành, cạnh tranh được trên thị trường thế giới và đem lại hiệu quả kinh tế cao.

Liên tục “gặt” giải thưởng

Năm 2005, với thiết bị hấp hạt điều liên tục, ông Thạnh đạt huy chương vàng Techmart Vietnam; giải Khuyến khích giải thưởng Sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam; Nhất Hội thi sáng tạo Kỹ thuật tỉnh Bình Định lần thứ 5 (năm 2006 - 2007).

Với hệ thống sản xuất cơm dừa sấy khô, ông Thạnh đạt giải Nhì Hội thi sáng tạo Kỹ thuật tỉnh Bình Định lần thứ 5 (năm 2006 - 2007). Năm 2009, với máy cắt tách hạt điều tự động và hệ thống phân loại sau cắt tách, ông Thạnh đạt giải Ba giải thưởng Sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam; Nhất Hội thi sáng tạo Kỹ thuật tỉnh Bình Định lần thứ 6 (năm 2008 - 2009). Cũng trong năm nay, ông Thạnh được nhận “Bằng lao động sáng tạo” của Tổng Liên đoàn Lao động Việt Nam.

Nguồn: Pháp Luật Việt Nam