IBM tarafından 90 milyon dolara inşa edilen dünyanın en sessiz odasına adım atın
Zürih'te yerin derinliklerinde, IBM dünyanın en izole sessiz odasını inşa etti.
İsviçre, Zürih'in merkezinden birkaç kilometre uzakta, özel bir kaya yatağında, spin-polarize taramalı elektron mikroskobu barındıran bir mağara var. Bu o kirli, nemli mağaralardan biri değil, nanoteknoloji için özel olarak uyarlandı, son derece sessiz, elektromanyetik radyasyondan korumalı ve titreşimsiz. Bir şey daha, burası harika.
Atom ölçeğinde deneyler yapmak için, bir atomu bir molekülün bir ucundan diğerine hareket ettirmek, son derece hassas ekipman gerektirir. Ancak, onu barındıracak eşit derecede titiz ve hassas bir laboratuvar olmasaydı, hiçbir kesinlik önemli olmazdı. Tek bir atoma mikroskopla baktığınızda hiç titreşim olmaz, aksi halde görüntü bulanık olur. Öte yandan atomlar huzursuzdur: Bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kurmak için saatler harcarsınız, ancak sıcaklık dalgalanmaları veya elektromanyetik alanlar nedeniyle etrafta koşmaya başlamak için yeterli enerjiye sahip olursunuz.
Elektron Mikroskobu (TEM)
Çözümlerden biri, ilk simülasyon, tasarım ve inşaattan her şeyin tek bir amaç etrafında toplandığı bir yeraltı sığınağı inşa etmektir: tam izolasyon. Böyle bir sığınak, 2011 yılında IBM Research Binnig ve Rohrer Nanoteknoloji Merkezi'ni açtığında inşa edildi.
Zürih'in eteklerinde Rüschlikon'da bulunan merkez yaklaşık 90 milyon dolara mal oldu. Bina IBM'e aitti ve sahibi IBM'di, ancak IBM Enstitüsü ve ETH Zürih bina ve ekipmanı paylaşıyor. Okul ve IBM arasında özellikle nanoteknoloji alanında çok fazla işbirliği var.
Merkezin altında, ses dalgalarından, fiziksel titreşimlerden elektromanyetik radyasyona kadar son derece "sessiz" olan altı oda vardır ve hiçbir girişim dalgası nüfuz edemez.
Her oda nano ölçekli bir deneye ayrılmıştır: birinde moleküllerin "parmak izi" için kullanılan bir Raman mikroskobu, diğerinde optik mikroskoba benzeyen ancak ışık kullanmayan bir transmisyon elektron mikroskobu vardır. 0.09 nanometreye kadar. Her oda, ortasında hantal, milyonlarca dolarlık bir cihazla ölümcül sessiz ve ürkütücüydü. Birkaç odayı gezdikten sonra telefonumun alışılmadık şekilde sessizleştiğini fark ettim. Rehber bana, "Çünkü her oda nikel demirle sarılmış," dedi.
Raman mikroskobu
Odanın fonksiyonel tasarımı ayrıntılı olarak anlatılamaz, sadece özü seçip okuyuculara kısaca tanıtabilirim. İlk olarak, yakındaki yollardan ve metrolardan gelen titreşimleri büyük ölçüde azaltan kaya yatağına doğrudan inşa edilirler. İkinci olarak, her odanın dört duvarı ve üst ve alt tarafları nikel-demir alaşımı ile sarılmıştır ve yan taraftaki deney tarafından yayılan radyasyon da dahil olmak üzere harici elektromanyetik alanların çoğu korunmuştur. En güçlüleri cep telefonu antenlerinden, havai enerji hatlarından ve elektrikli metrolardan gelen düzinelerce harici elektromanyetik radyasyon kaynağı vardır ve bunların tümü nano ölçekli deneyler için son derece yıkıcıdır.
Odaların çoğu iki alana bölünmüştür: bir denetleyicinin oturduğu küçük bir antre ve deneylerin/ekipmanın bulunduğu ana oda. İnsan vücudunun ısı üretme gücü yaklaşık 100 watt olup, yayılan gürültü ve titreşim küçümsenmemelidir.
İzolasyon etkisini güçlendirmek için her odanın biri insanların dolaşması için tepede, diğeri ekipman için olmak üzere iki ayrı katı vardır. Ekipmanın yerleştirildiği zemin, bir dizi aktif hava süspansiyonuna dayanan büyük bir beton blok (68 ton ağırlığında) kadar bir zemin değildir. Titreşimler ana kayadan iletilse veya yakınlardan bir kamyon gümbürdese bile, havalı süspansiyon titreşimleri anında emer.
Video yükleniyor...
IBM Enstitüsü'nün gürültüsüz odasında bir tur atın.
Daha bitmedi! Ses dalgası girişimini en aza indirmek için oda ayrıca ses emici malzeme ile kaplanmıştır. Ayrıca bir deneyin yardımcı elemanları (vakum pompaları, elektrik transformatörleri vb.) gürültü yapıyorsa, fiziksel ve akustik izolasyon için ana cihazdan uzakta başka bir odaya yerleştirilirler.
Son olarak, klimanın tasarımı da çok özeldir, yalnızca sessiz olmakla kalmaz, hava akışını en aza indirir, aynı zamanda oda sıcaklığını sabit tutar. Her odanın insan hareketine ayrılmış yükseltilmiş zemini deliklerle dolu. Soğuk hava yavaşça delikten çıktı, tavana yükseldi ve emildi. Hava akışını ayak bilekleri dışında zar zor hissedebilirsiniz: kim bana o gün bir hevesle çorap giymediğimi ve botlarımla dışarı çıktığımı söyledi.
Bunlar IBM Research'teki sessiz odanın ana fiziksel özellikleridir, ancak bahsetmeye değer iki nokta daha vardır. İlk olarak, LED ışıklar her zaman aydınlatma için kullanılır, doğru akımla çalışır ve mesafe elektromanyetik radyasyon girişimine neden olmayacak kadar uzaktır. İkincisi, her oda üç boyutlu alanı kaplayan X, Y ve Z eksenlerine göre düzenlenmiş üç çift Helmholtz bobini ile donatılmıştır. Birçok seviyeden geçen ve buraya nüfuz eden bir elektromanyetik alan (dünyanın manyetik alanı gibi) varsa, bobini ayarlayarak iptal edilebilir.
Sessiz oda ne kadar sessiz?
Altı odanın her biri yaklaşık 1,49 milyon dolara mal oldu (ekipman hariç). Peki ne kadar sessizler? Girişim türüne göre ayıralım.
Odadaki belden yüksek sıcaklık, saatte 0,01°C'lik bir kararlılıkla 21 dereceye ayarlanmıştır (yani, sıcaklığın 21,01°C'ye yükselmesi bir saat sürer). 24 saat içindeki maksimum sıcaklık farkı sadece 0.03'dir.
AC gücü tarafından üretilen elektromanyetik alan, bir buzdolabı mıknatısının manyetik alanının 1-1500'üne eşdeğer olan 3 nanotesla'dan (nT) daha az zayıflatılır. DC elektromanyetik alan 20 nT'ye düşürülür. Ayrıca yaklaşık 43 mikroTesla (T) büyüklüğünde bir jeomanyetik alan vardır.
Belki de en güçlüsü, titreşimin azaltılmasıdır: beton bir temel üzerindeki ekipman için, titreşim frekansı 1 Hz olduğunda, saniyedeki hareketi saniyede 300 nanometrenin altına düşer; titreşim frekansı 100 Hz'yi aştığında, hareket başına hareket saniye azalır.10 nanometreden daha az, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) Gelişmiş Ölçüm Laboratuvarı'nın spesifikasyonlarından çok daha iyi.
Bu makalenin başlığı bir hile olarak "sessiz" olsa da, en zayıf halkanın aslında ses dalgaları olması oldukça ironik. Oda dış gürültüden izole edilmiş ve ses emici malzemeler iç ses dalgalarını boğma konusunda iyi bir iş çıkarsa da, makinenin kendisinin hafif titreşimi ve havalandırma sisteminin hafif tıkırtısı her zaman kaçınılmazdır.
Odadaki ses dalgası paraziti her zaman 30 desibelin altındadır ve yüksek sesli bir deney yapmazsanız 21 desibel kadar düşük olabilir. İnsan standartlarına göre oldukça sessiz, ama aklımı kaçıracak ya da gülünç derecede sessiz diyebileceğim kadar sessiz değil. Dürüst olmak gerekirse, kendi bağırsak hareketlerimi duymadığım için biraz hayal kırıklığına uğradım.
Heinrich Rohr ve Gerd Binning, Nobel Ödülü'nü kazandıkları taramalı tünelleme mikroskobunu birlikte icat ettiler. Resim, Rolle'nin Nobel Madalyasını tutan yazarı gösteriyor.
Neden altı sessiz oda inşa ettin?
"İyi bir iş çıkarmak için önce aletinizi keskinleştirmelisiniz" çürük bir sözdür ve IBM ve ETH Zurich, sessiz odalar inşa etmek için çok fazla para harcar, bundan daha fazlası değil.
Bir transmisyon elektron mikroskobu veya bir spin-polarize taramalı elektron mikroskobu olsun, bu kadar büyük bir makine çok güvenli bir şekilde ve mümkün olduğunca az dış müdahale ile yerleştirilmelidir: girişim, makinenin nominal çalışma parametreleri dahilinde kontrol edilemezse, sonuçta ortaya çıkan Veriler pek kullanışlı olmayabilir.
Öte yandan, titreşimi veya gürültüyü "tavsiye edilen seviyelerin" altına düşürmek gibi makinenin optimal parametrelerinden daha ideal koşullar yaratmak, enstrüman üreticilerinin bile beklemeyeceği kesin görüntüler ve grafiklerle sonuçlanabilir.
Örneğin, IBM Araştırma Enstitüsü'ndeki taramalı elektron mikroskobu, bir zamanlar ana binanın bodrum katına, sıradan beton zemine değecek şekilde yerleştirildi. Sessiz odaya girdikten sonra, spin-polarize taramalı elektron mikroskobunu kullanan lider bilim adamı, çözünürlüğün iki veya üç kat arttığını iddia ediyor (kesinlikle çok büyük bir gelişme).
Rehber bana bu nedenle "birçok cihaz üreticisinin" enstitüye başvurduğunu ve sessiz laboratuvar test ekipmanlarını ödünç alıp alamayacaklarını sorduklarını söyledi: ekipmanlarının mükemmele yakın çevre koşullarında ne kadar iyi performans göstereceğini bilmek istediler. kapsam.
En iyi hikayeleri sona saklayın: 1980'lerde ve 1990'larda merkez henüz doğmamıştı ve IBM araştırmacılarının henüz özel bir nanoteknoloji araştırma tesisi yoktu. Laboratuvarları genellikle bodrum katlarında bulunur. Taramalı Tünel Açma Mikroskobu (STM) icat edildiğinde, Heinrich Rohrer ve Gerd Binnig, yakındaki yollardan gelen titreşimler gibi harici rahatsızlıkları azaltmak için yalnızca gecenin köründe çalışabilirdi. Sıkı çalışma karşılığını veriyor ve bunun için Nobel Ödülü'nü kazandılar.
Yeni bina, Rolle ve Binning'in adını almıştır. Tamamlandığında, bazı IBM emeklileri gürültüsüz odayı gözden geçirerek, "80'lerde ve 90'larda böyle bir şeye sahip olmak güzel olurdu ve gecenin ortasında çalışmak zorunda kalmazdık. "
Çeviri: uçan kazlar
Kaynak: Arstechnia
Oluşturuldu: En yaratıcı fikirleri keşfetmek için tiyatro tarzı bir çevrimdışı konuşma platformu
