Чудо-луч: как лазеры помогают в искусстве, медицине и не только

03.12.202303.12.2023 Редактор Чудо техники

Когда мы светим куда-нибудь лазерной указкой, то нас поражает её дальнобойность. Для автомобилей уже предлагаются лазерные фары, и есть множество других интересных применений этой технологии, которая творит самые настоящие чудеса!

В том, что происходит сейчас в портах Дальнего Востока, как будто смешались сразу несколько фантастических произведений — и «Остров погибших кораблей», и «Гиперболоид инженера Гарина», и ещё куча историй про роботов или пришельцев с лазерными пушками! Такое оружие уже есть, и применяется оно вовсе не только в военных целях. Например, разработка учёных из Троицка с берега прожигает металлические борта ржавых брошенных кораблей, от которых сейчас очищают гавани по всей стране. Что же даёт лазеру такие суперспособности?

Слово «лазер» расшифровывается, как «усиление света посредством вынужденного излучения» на английском. Суть вот в чём: специальный прибор с помощью импульса возбуждает атомы. Они излучают световую энергию — фотоны, которые прибор собирает в пучок. Самое важное, что этот луч состоит из волн одинаковой длины — что и даёт ему такую сконцентрированность и пробивную силу.

Применений куча! На днях NASA установило лазерную связь с межпланетной станцией «Психея», находящейся в 16 миллионах километров от Земли. Это примерно в 40 раз дальше, чем Луна! Наш постоянный эксперт физик Владимир Решетов — как раз специалист по лазерам — любит показывать фокус: карманным приборчиком с помощью луча кипятит воду. Последний раз делал это во время поездки на Северный полюс! Кстати, в экспедицию Владимир Николаевич взял таблички с выгравированным на них названием нашей программы — так что «Чудо техники» теперь и на Северном Полюсе!

Появлению лазеров, конечно, предшествовали и мечты фантастов, и большая работа учёных. Первый реальный лазер создал в 1960-м американский физик Теодор Майман. А путь массовому применению проложила совместная работа советского и американского ученых, Жореса Алферова и Герберта Кремера. Мощные лазерные установки сегодня меняют направление молний и даже имитируют на Земле процессы, происходящие внутри Солнца или черной дыры, как, например, на создаваемой в Сарове научной станции.

Но больше всего, наверное, радует и удивляет применение чудо-лучей в медицине. Учёные из Нидерландов создали прибор, который делает безболезненными уколы — в нём лазер действует на жидкость, вызывая в ней микровзрывы — кавитацию — и повышая давление. Тоненькая струйка вырывается наружу, как игла, и пробивает кожу! А врачи из Сеченовского университета первыми в мире вылечили синим лазером отосклероз. При этой болезни в среднем ухе теряется подвижность самой маленькой косточки нашего тела — стремечка — и человек глохнет. Лазер точнейшим образом проделывает в ней отверстия и улучшает слух, иногда даже возвращая его полностью.

Цвет лазера имеет большое значение. Обычно в хирургии используют инфракрасный, с длиной волны 10 тысяч нанометров. А здесь применили синий, у которого всего 450. В итоге прибор получился намного меньше и дешевле. Не говоря уже о том, что раньше такие операции проводили обычными инструментами — рискуя повредить, например, расположенный рядом вестибулярный аппарат.

Подбирая разные длины волн и стреляя ими в разные мишени, можно добиваться и полезных эффектов, и проводить интересные опыты! Например, если направить луч на черный шарик внутри прозрачного, то лопнет только первый, а прозрачный останется невредим.

Это же свойство лазера используют и при операциях на опухолях, когда раковые клетки буквально травят, не повреждая при этом здоровые. Схема, например, такая — ввести в организм чувствительное к лазеру вещество, которое накопится именно в опухоли.

Игорь Козлов и другие инженеры Сеченовского университета вместе с врачами из центра нейрохирургии имени Бурденко разрабатывают сейчас и лазерный прибор для контроля за кровотоком во время операций. Это позволит отказаться от контрастных препаратов, которые используют сейчас. Ведь они создают дополнительную лекарственную нагрузку на больного.

С диагностикой лазером многие познакомились во времена ковида, когда с помощью пульсоксиметра определяли, сколько в крови кислорода. Насыщенный им гемоглобин лучше поглощает волны инфракрасного диапазона. Прибор всё это считывает и анализирует. Медицина, конечно, не единственное применение чудо-лучей. Лазеры помогают и реставрировать произведения искусства, и создавать новые. Кинотеатры экономят деньги, а учёные делают необычные открытия!

Своё применение они нашли даже в сфере искусства. В лаборатории научной реставрации драгоценных и археологических металлов Эрмитажа стоят 17 лазеров, с помощью которых сваривают, чистят, режут и изготавливают детали. Есть устройства для сканирования и исследований. Причём некоторые создавались под конкретные объекты.

С помощью лазера создают и новое искусство! Институт лазерных технологий ИТМО организовал в Петербурге специальную мастерскую, где совершенствуют, например, лазерную маркировку, когда луч переносит нужную картинку на металл путем испарения частиц с его поверхности. Цвет изображения зависит от степени окисления материала под действием пучка света. В ИТМО разрабатывают и настоящую лазерную кисть: с её помощью художник сможет рисовать лучом по металлической пластине. Причем цвета зависят от скорости движения руки, что непривычно для нашего мозга.

Чудо-лучи, конечно, пришли и в сферу развлечений! И речь вовсе не только про стрелялки в лазертагах. Многие кинотеатры переходят на лазерные проекторы: они тратят существенно меньше энергии, чем ламповые. И имеют массу других достоинств.

Может быть, вы и не задумывались, но лазерные технологии мы постоянно применяем и в обычной жизни — современные рулетки и принтеры, приборы для эпиляции и передача данных по оптоволокну. А как эти лучи любят котики!

Бытовые указки из-за низкой мощности не опасны — они не способны навредить ни человеческому глазу, ни кошачьему. Хотя проверять на себе или ком-то ещё мы, конечно, не рекомендуем.

Ну и последнее. Тайны окружающего мира учёным нередко помогают раскрыть маломощные лазеры зеленого цвета. В Колорадском университете с их помощью изучали брызги при смывании в туалете и выяснили, что они распространяются порой аж на два метра вокруг. Вывод — перед тем, как спустить воду, не забывайте опускать крышку!

Лазеры, конечно, ещё удивят нас, и неоднократно — например, с их помощью исследователи уже почти научились расшифровывать структуры белковых молекул, что сулит настоящую революцию в биологии, медицине и фармацевтике. Чудо-лучи спасают жизни уже сейчас, а будут это делать в ещё большем масштабе! Реальный пример того, как наука и технологии способны улучшить мир вокруг нас, сделав его комфортнее, безопаснее и здоровее.

Благодарим за помощь в подготовке сюжета:

Сеченовский Университет Минздрава России и лично директора Клиники болезней уха, горла и носа УКБ №1 Сеченовского Университета, профессора, доктора медицинских наук Валерия Свистушкина.
Доцента кафедры болезней уха, горла и носа Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского Сеченовского Университета, врача, кандидата медицинских наук Эдуарда Синькова.
Инженера-исследователя Сеченовского Университета Игоря Козлова за проявленный интерес, любовь к науке и профессионализм.
Нашего постоянного эксперта — доктора физико-математических наук, профессора НИЯУ МИФИ Владимира Николаевича Решетова за участие в съёмке и потрясающие кадры с Северного Полюса.
ФГБНУ ТИСНУМ за создание памятных табличек с логотипом программы.
Государственный Эрмитаж за постоянное сотрудничество и помощь в проведении съёмки и отдельно заведующего лабораторией научной реставрации драгоценных и археологических металлов Государственного Эрмитажа Игоря Малкиеля за интересную беседу и любовь к искусству.
Университет ИТМО, научных сотрудников Института Лазерных Технологий и лично профессора, доктора технических наук, научного руководителя Института лазерных технологий Вадима Вейко за участие в съёмках и любовь к новым технологиям.
Сети кинотеатров «Синема Парк» и «Формула Кино», Киноконцерн «Мосфильм» и лично инженер-технолога службы главного инженера «Мосфильма» Глеба Кириченко за использование передовых технологий и участие в съемках.