Τζέιμς ΜακΚένζι θαυμάζει τα θαύματα της φωτονικής, η οποία είναι πολύ πιο σημαντική για την καθημερινή ζωή από όσο φαίνεται αρχικά
Ποιος κλάδος απασχολεί διπλάσιο αριθμό ατόμων στο Ηνωμένο Βασίλειο από ό,τι τα φαρμακευτικά προϊόντα και περισσότερους από τον κλάδο του διαστήματος ή του κλάδου «fintech»; Η απάντηση είναι η φωτονική, σύμφωνα με το Photonics Leadership Group (PLG) – εμπορική ένωση που εκπροσωπεί περισσότερα από 120 μέλη στον τομέα. Τα τελευταία χρόνια, παρακολουθεί και συγκεντρώνει όλες τις μυριάδες εφαρμογές των οπτικών τεχνολογιών ή της φωτονικής. Αυτό δεν είναι εύκολο, δεδομένου ότι οι περισσότερες προέρχονται από εκατοντάδες μικρομεσαίες επιχειρήσεις.
Σύμφωνα με τα PLG's UK Photonics 2035 Σύμφωνα με την έκθεση, περίπου 76 άτομα απασχολούνται στη βιομηχανία φωτονικής σε 000 επιχειρήσεις σε όλες τις περιφέρειες του Ηνωμένου Βασιλείου, δημιουργώντας κύκλο εργασιών 1200 δισεκατομμυρίων λιρών ετησίως. Με ακαθάριστη προστιθέμενη αξία στην οικονομία 14.5 στερλινών ανά εργαζόμενο, η φωτονική είναι ο πέμπτος πιο παραγωγικός μεταποιητικός κλάδος του Ηνωμένου Βασιλείου, αναφέρει η έκθεση. Τα βρετανικά πανεπιστήμια, ισχυρίζεται, είναι παγκόσμιοι ηγέτες στον τομέα, με περίπου το 85% των παγκόσμιων δημοσιεύσεων στη φωτονική να προέρχονται από το Ηνωμένο Βασίλειο.
Επιπλέον, η PLG εκτιμά ότι η φωτονική θα μπορούσε να γίνει βιομηχανία £50 δισεκατομμυρίων για το Ηνωμένο Βασίλειο και να δημιουργήσει επιπλέον 100 άμεσες θέσεις εργασίας έως το 000. όπως η ενέργεια, η υγειονομική περίθαλψη και οι καθαρές μεταφορές μαζί με τους επενδυτές του ιδιωτικού τομέα», λέει ο διευθύνων σύμβουλος της PLG, John Lincoln. Πράγματι, η ομάδα εκτιμά ότι περίπου το 2035% της οικονομίας του Ηνωμένου Βασιλείου θα εξαρτηθεί άμεσα από τη φωτονική στο μέλλον.
Η PLG έχει κάνει εξαιρετική δουλειά ευαισθητοποιώντας τη φωτονική και εκπροσωπώντας τα μέλη της – πολλά από τα οποία δεν είναι αρκετά μεγάλα από μόνα τους για να επηρεάσουν τις κυβερνήσεις και τους επενδυτές με τον τρόπο που μπορούν οι μεγάλες φαρμακευτικές και αμυντικές εταιρείες. Αλλά η φωτονική είναι εξαιρετικά σημαντική, αξιοποιώντας το φως για τα πάντα, από τη διάγνωση ασθενειών και τη χειρουργική με λέιζερ μέχρι τις τηλεπικοινωνίες και την προηγμένη κατασκευή. Η φωτονική είναι κρίσιμη για να κάνει τα προϊόντα και τις υπηρεσίες να προσφέρουν αξία στους καταναλωτές και τη βιομηχανία.
Σύμφωνα με το Δίκτυο της ΕΕ Photonics21, η παγκόσμια αγορά φωτονικής αξίας 650 δισεκατομμυρίων ευρώ το 2020, αλλά είναι εκπληκτικά τα πράγματα που επιτρέπει η φωτονική όταν συνδυάζεται σε προϊόντα. Σκεφτείτε τα CCD και τους φακούς στα smartphone ή τον τρόπο με τον οποίο οι οπτικοί αισθητήρες, η τεχνολογία κάμερας και το LIDAR επιτρέπουν τα αυτόνομα οχήματα. Μια έκθεση από το SPIE το 2020 εκτιμά ότι το είδος των αγορών που επιτρέπει η φωτονική είναι πραγματικά εκπληκτικά 2 τρισεκατομμύρια δολάρια παγκοσμίως.
Η δύναμη του φωτός
Λοιπόν, τι είδους αξία προσφέρει η φωτονική και τι είδους πράγματα κάνουν οι εταιρείες φωτονικής; Η πιο προφανής εφαρμογή είναι οι επικοινωνίες με οπτικές ίνες, οι οποίες έχουν συρρικνωθεί στον κόσμο τα τελευταία 50 χρόνια, χωρίς καμία ένδειξη επιβράδυνσης της προόδου. Οι ρυθμοί δεδομένων Petabit επιτεύχθηκαν πριν από μερικά χρόνια, ενώ μέχρι το 2017 η Corning είχε στείλει περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο χιλιόμετρα ινών. Μέχρι το 2035 τα ενδοδορυφορικά λέιζερ θα επιτρέπουν συνήθως σε αστερισμούς δορυφόρων χαμηλής τροχιάς της Γης να παρέχουν internet υψηλής ταχύτητας σε όλο τον κόσμο ακόμη και στις πιο απομακρυσμένες τοποθεσίες.
Στην κατασκευή, η φωτονική επιτρέπει την ψηφιακή κοπή, ένωση, σήμανση, υφή και τρισδιάστατη εκτύπωση υλικών, ιδιαίτερα μετάλλων. Χάρη στη μηχανική όραση, εν τω μεταξύ, η φωτονική συμβάλλει σε αυτοματοποιημένα και ρομποτικά συστήματα, όπως η κοπή και η συγκόλληση με λέιζερ. Πράγματι, η βιομηχανική επεξεργασία υλικών αντιπροσωπεύει περίπου το ένα τρίτο της παγκόσμιας αγοράς λέιζερ περίπου 3 δισεκατομμυρίων λιρών.
Στη συνέχεια, υπάρχει η «κάθετη γεωργία», στην οποία οι καλλιέργειες καλλιεργούνται σε στοιβαγμένες στρώσεις υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Οι φασματικά βελτιστοποιημένες δίοδοι εκπομπής φωτός μπορούν να βελτιστοποιήσουν την ανάπτυξη των φυτών και μειώνουν την εξάτμιση από τα φυτά, που σημαίνει ότι απαιτούν πολύ λιγότερο νερό από ό,τι αν καλλιεργούνται σε εξωτερικούς χώρους. Η κάθετη γεωργία εξαλείφει επίσης τα φυτοφάρμακα.
Η φωτονική είναι εξαιρετικά σημαντική, αξιοποιώντας το φως για τα πάντα, από τη διάγνωση ασθενειών και τη χειρουργική με λέιζερ μέχρι τις τηλεπικοινωνίες και την προηγμένη κατασκευή
Η βασική επιστήμη, φυσικά, εξαρτάται από τη φωτονική, είτε πρόκειται για επιταχυντές σωματιδίων, τηλεσκόπια ή ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων. Πράγματι, περισσότερα από τα μισά από όλα τα βραβεία Νόμπελ στη φυσική απονεμήθηκαν τα τελευταία 25 χρόνια είτε σχετίζονται με ανακαλύψεις στη φωτονική είτε χρησιμοποίησαν τη φωτονική ως εργαλείο.
Και μην ξεχνάτε ολόκληρο τον κόσμο των κβαντικών υπολογιστών, των επικοινωνιών και της κρυπτογραφίας, που είτε βασίζεται άμεσα στη φωτονική είτε απαιτεί φωτονική για να λειτουργήσει. Είναι ένας κλάδος που πραγματικά αρχίζει να απογειώνεται. Η εταιρεία με έδρα το Λονδίνο Orca, Το οποίο κέρδισε ένα βραβείο έναρξης επιχείρησης από το Ινστιτούτο Φυσικής το 2020, μόλις πούλησε τον πρώτο του κβαντικό υπολογιστή στο Υπουργείο Άμυνας του Ηνωμένου Βασιλείου.
Οφέλη στον πραγματικό κόσμο
Η Photonics βοηθά επίσης τον κόσμο να φτάσει στο μηδέν χάρη στα υψηλής απόδοσης φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα, ενώ το προηγμένο LIDAR – σε συνδυασμό με προσομοίωση υπολογιστή – μπορεί να ενισχύσει την απόδοση των αιολικών πάρκων. Οι εκτιμήσεις της PLG υποδηλώνουν ότι η φωτονική θα αυξήσει την απόδοση των νέων και των υπαρχόντων ανεμογεννητριών κατά 1.5–2%. Με μικρό πρόσθετο κόστος, αυτό θα παράσχει επιπλέον δυναμικότητα παραγωγής 15 GW παγκοσμίως έως το 2035 – εξοικονομώντας περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια λίρες (περίπου ισοδύναμο με πέντε πυρηνικούς σταθμούς Hinkley Point C).
Το φως είναι ζωτικής σημασίας και στην ιατρική. Υπάρχει διορθωτική χειρουργική επέμβαση ματιών με λέιζερ, ενώ ακόμη και οι οπτικοί υψηλού δρόμου σήμερα χρησιμοποιούν μια τεράστια γκάμα εργαλείων φωτονικής. Κατά τη διάρκεια ενός πρόσφατου οφθαλμικού τεστ στο τοπικό μου υποκατάστημα της Specsavers, μίλησα με τον οπτικό μου, ο οποίος δεν φαινόταν να γνωρίζει πολλά για τη φυσική πίσω από το σύστημα οπτικής τομογραφίας συνοχής (OCT) που χρησιμοποιούσε, αλλά ενθουσιάστηκε από τις εικόνες μπορούσε να δει. Απεικονίζοντας το πίσω μέρος του ματιού σε διαφορετικά βάθη, οι οπτικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν OCT για να εντοπίσουν με ασφάλεια μια σειρά προβλημάτων υγείας και όρασης, συχνά πριν γίνουν σοβαρά.
Οι οπτικές ίνες, οι οπτικοί ενισχυτές και οι χρονικές σφραγίδες με δυνατότητα εντοπισμού ατομικού ρολογιού είναι όλες εφευρέσεις του Ηνωμένου Βασιλείου. Οι ασφαλείς κβαντικές επικοινωνίες είναι πρωτοπόροι στο Ηνωμένο Βασίλειο. Στην πραγματικότητα, θα έλεγα ότι η Βρετανία βρίσκεται σε μοναδική θέση για να βρίσκεται στον πυρήνα της επόμενης επανάστασης ασφαλών αξιόπιστων τηλεπικοινωνιών στα δίκτυα 5G και 6G – και όχι μόνο. Σύμφωνα με το PLG, έως το 2035 το Ηνωμένο Βασίλειο θα είναι και πάλι παγκόσμιος πάροχος κρίσιμων επικοινωνιακών υποδομών.
Το μόνο που μπορώ να πω είναι ότι αν δεν ήξερες ήδη για τη φωτονική, ελπίζω να το ξέρεις τώρα.
