James McKenzie se minunează de minunile fotonicei, care este mult mai crucială pentru viața de zi cu zi decât pare la prima vedere
Care industrie angajează de două ori mai mulți oameni în Regatul Unit decât cel farmaceutic și mai mult decât în sectorul spațial sau „fintech”? Răspunsul este fotonica, potrivit lui Grupul de Conducere Fotonică (PLG) – o asociație comercială care reprezintă peste 120 de membri în domeniu. În ultimii ani, a urmărit și a adunat toate nenumăratele aplicații ale tehnologiilor optice sau fotonicei. Aceasta nu este o sarcină ușoară, având în vedere că majoritatea provin din sute de întreprinderi mici și mijlocii.
Potrivit PLG-urilor UK Photonics 2035 Raportul, aproximativ 76 000 de oameni sunt angajați în industria fotonică în 1200 de firme din toate regiunile Regatului Unit, generând o cifră de afaceri de 14.5 miliarde de lire sterline în fiecare an. Cu o valoare adăugată brută în economie de 85 000 de lire sterline per angajat, fotonica este al cincilea cel mai productiv sector de producție din Marea Britanie, se arată în raport. Universitățile britanice, susține, sunt lideri mondiali în domeniu, aproximativ 20% din publicațiile globale în fotonică provin din Marea Britanie.
În plus, PLG consideră că fotonica ar putea deveni o industrie de 50 de miliarde de lire sterline pentru Regatul Unit și ar putea genera încă 100 000 de locuri de muncă directe până în 2035. „Vor fi mult mai multe dacă guvernul Regatului Unit va investi în tehnologii de transformare cheie în fotonică pe piețele verticale cheie. cum ar fi energia, îngrijirea sănătății și transportul curat alături de investitori din sectorul privat”, spune directorul executiv al PLG, John Lincoln. Într-adevăr, grupul estimează că aproximativ 60% din economia Regatului Unit va depinde direct de fotonică în viitor.
PLG a făcut o treabă grozavă crescând gradul de conștientizare cu privire la fotonica și reprezentând membrii săi – mulți dintre ei nu sunt suficient de mari singuri pentru a influența guvernele și investitorii în modul în care pot mari firmele farmaceutice și de apărare. Dar fotonica este extrem de importantă, valorificând lumina pentru orice, de la diagnosticarea bolilor și operațiile cu laser până la telecomunicații și producția avansată. Fotonica este esențială pentru ca produsele și serviciile să ofere valoare consumatorilor și industriei.
Potrivit Rețeaua Photonics21 a UE, piața globală a fotonică a valorat 650 de miliarde de euro în 2020, dar lucrurile pe care fotonica le permite atunci când sunt combinate în produse sunt uimitoare. Gândiți-vă la CCD-urile și lentilele din smartphone-uri sau la felul în care senzorii optici, tehnologia camerelor și LIDAR permit vehiculele autonome. Un raport al SPIE din 2020 estimează că tipul de piețe pe care fotonica le permite este cu adevărat uimitor de 2 trilioane de dolari la nivel global.
Puterea luminii
Deci, ce fel de valoare oferă fotonica și ce fel de lucruri fac firmele de fotonica? Cea mai evidentă aplicație este comunicațiile cu fibră optică, care au micșorat lumea în ultimii 50 de ani, fără niciun semn de încetinire a progresului. Ratele de date Petabit au fost atinse în urmă cu câțiva ani, în timp ce până în 2017 Corning a livrat mai mult de un miliard de kilometri de fibră. Până în 2035, laserele intra-sateliți vor permite în mod obișnuit constelațiilor de sateliți cu orbită joasă a Pământului să ofere internet de mare viteză pe tot globul, chiar și în cele mai îndepărtate locații.
În producție, fotonica permite tăierea digitală, îmbinarea, marcarea, texturarea și imprimarea 3D a materialelor, în special a metalelor. Datorită viziunii artificiale, între timp, fotonica contribuie la sisteme automate și robotizate, cum ar fi tăierea și sudarea cu laser. Într-adevăr, procesarea industrială a materialelor reprezintă aproximativ o treime din piața globală a laserelor de aproximativ 11 miliarde de lire sterline.
Apoi există „agricultura verticală”, în care culturile sunt cultivate în straturi stivuite în condiții controlate. Diodele emițătoare de lumină optimizate spectral pot optimiza atât creșterea plantelor, cât și reduce evaporarea plantelor, ceea ce înseamnă că necesită mult mai puțină apă decât dacă sunt cultivate în aer liber. Agricultura verticală elimină și pesticidele.
Fotonica este extrem de importantă, valorificând lumina pentru orice, de la diagnosticarea bolilor și intervenția chirurgicală cu laser până la telecomunicații și producția avansată.
Știința de bază, desigur, depinde de fotonică, fie că este vorba de acceleratoare de particule, telescoape sau detectoare de unde gravitaționale. Într-adevăr, peste jumătate din toate premiile Nobel pentru fizică acordate în ultimii 25 ani au fost fie legate de descoperirile din fotonica, fie au folosit fotonica ca instrument.
Și nu uitați de întreaga lume a calculului cuantic, a comunicațiilor și a criptografiei, care fie se bazează direct pe fotonică, fie necesită fotonica pentru a funcționa. Este o industrie care chiar începe să descopere. Firma cu sediul la Londra Orca, Care a câștigat un premiu pentru start-up de la Institutul de Fizică în 2020, tocmai a vândut primul său computer cuantic Ministerului Apărării din Regatul Unit.
Beneficii din lumea reală
Fotonica ajută, de asemenea, lumea să ajungă la zero, datorită celulelor solare fotovoltaice extrem de eficiente, în timp ce LIDAR avansat – combinat cu simularea pe computer – poate crește producția parcurilor eoliene. Estimările PLG sugerează că fotonica va crește eficiența turbinelor eoliene noi și existente cu 1.5–2%. Cu un cost suplimentar mic, aceasta va oferi o capacitate de generare suplimentară de 15 GW la nivel global până în 2035 - economisind mai mult de 100 de miliarde de lire sterline (echivalentul aproximativ cu cinci centrale nucleare Hinkley Point C).
Lumina este vitală și în medicină. Există operații de corectare a ochilor cu laser, în timp ce chiar și opticienii din stradă în zilele noastre folosesc o gamă largă de instrumente fotonice. În timpul unui test ocular recent la filiala mea locală a Specsavers, am vorbit cu opticianul meu, care nu părea să știe prea multe despre fizica din spatele sistemului de tomografie cu coerență optică (OCT) pe care îl folosea, dar a fost uimit de imagini. putea vedea. Prin imagistica din spatele ochiului la diferite adâncimi, opticienii pot folosi OCT pentru a identifica în siguranță o serie de probleme de sănătate și de vedere, adesea înainte ca acestea să devină grave.
Fibra optică, amplificatoarele optice și marcajele de timp trasabile cu ceasul atomic sunt toate invenții din Regatul Unit. Comunicațiile cuantice securizate sunt inițiate în Marea Britanie. De fapt, aș spune că Marea Britanie se află într-o poziție unică pentru a fi în centrul următoarei revoluții securizate în domeniul telecomunicațiilor de încredere în rețelele 5G și 6G – și nu numai. Potrivit PLG, până în 2035 Regatul Unit va fi din nou un furnizor global de infrastructură critică de comunicații.
Tot ce pot spune este că, dacă nu știai deja despre fotonică, sper că știi acum.
