09.12.22 Scientific seminar “LED and waveguide-based multichannel optical stimulation probes for optical Cochlea Implants”
Speaker: Professor Ulrich Theodor Schwarz Technische Universität Chemnitz · Department of Natural Sciences
Seminar language: English
Annotation: Amongst the many technologies which are enabled by the invention of the blue LED and laser diode is the development of implants for applications in optogenetics, a field within bio-medicine. Nerve cells, but also other functionality within living biological cells, can be stimulated by light, opening the possibility for both fundamental research and medical implants. Molecules in the cell membrane act as “light switches” which are activated after illumination within a certain wavelength range, and are expressed in the cell by genetic methods. Most used is Channelrhodopsin ChR2 which is sensitive to blue light around 470 nm. However, the toolbox of opsins is continuously expanded, enabling different bio-medical functionality, but also requiring wavelengths from red to near ultraviolet for stimulation.
Bio-medical implants for optogenetics are based either on µLED arrays [1,2] or waveguides with laser diodes [3], both in stiff and flexible versions. I will discuss process technologies for both approaches. The stiff µLED implant was developed for stimulation in the cortex [1] while the flexible can also be used in the cortex, applying an appropriate implantation mechanism, but was originally developed for optical cochlea implants [2]. Both approaches allow stimulation of multiple sites in closely spaced areas of the neuronal tissue or inside the cochlea. In the case of the blue µLED array, the GaN-based light source is placed in close vicinity to the tissue, which has immediate implications for encapsulation and usage of bio-compatible materials in the implant. For the waveguide approach [3], the laser diode as light source can be placed in a remote, sealed encapsulation, with the need of an efficient and stable optical coupling to the waveguide probe.
I will address challenges and solutions regarding the integration of group-III-nitride based optoelectronic devices within bio-medical implants. Microsystem technology processes have been developed to integrate the semiconductor with flexible polymer [2,4] and on silicon based MOEMS structures. In general, these processes are also of interest for MOEMS sensor systems, wearable devices, and flexible µLED displays.
[1] S. Ayub et al., Proc. IEEE Int. Conf. Micro Electro Mech. Syst. (MEMS2016), pp. 379-382 (2016).
[2] C. Gossler et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 205401 (2014).
[3] M. Schwaerzle et al., J. Micromech. Microeng. 27, 065004 (2017).
[4] E. Klein et al., Frontiers in Neuroscience, 12, 659 (2018).
02.12.22 Науковий семінар “Енергетика України: минуле, сьогодення та майбутнє”
Доповідач: академік НАН України, професор, д.т.н. Халатов Артем Артемович.
” width=”208″ height=”200″>
Анотація семінару: доповідь присвячена аналізу стану енергетики України у довоєнний та військовий періоди, аналізуються можливі напрями розвитку енергетики країни у післявоєнний період.
Енергетика є однією з глобальних проблем людства, яка визначає сталий розвиток економіки країни та рівень життя населення. У розвинених країнах потужність встановлених джерел енергії становить близько 10 кВт на 1 особу (в Україні – трохи більше 1 кВт).
До 2022 р. встановлена потужність електростанцій України становила 56 млн. кВт, у тому числі теплових електростанцій – 60.9%, атомних електростанцій – 23.1% (понад 50% виробництва електроенергії), гідроелектростанцій – 9.4%. Слід зазначити, що в енергетиці України використовувалися переважно застарілі технології з низькою енергоефективністью та негативним впливом на навколишнє середовище. Сьогодні до кінцевого споживача сягає всього 55% виробленої енергії.
В даний час внаслідок бойових дій понад 40% енергетики України виведено з ладу, після шостої ракетної атаки Росії практично не залишилося непошкоджених великих теплових та гідроелектростанцій. У країні передбачається запровадження режиму жорсткої економії електроенергії, причому в умовах регулярних відключень електроенергії Україна житиме до кінця березня 2023 р. Загалом збитки «Укренерго» через російську агресію перевищили 70 млрд. гривень.
Вважається, що у післявоєнний період розвиток енергетики може отримати новий імпульс за рахунок переведення економіки країни на новий технологічний рівень. У майбутньому буде модернізовано атомну енергетику, побудовано екологічно чисті теплові станції, введено в дію нові гідро- та гідроакумулюючі станції. Отримають розвиток інноваційні та енергозберігаючі технології, ТЕЦ на біомасі, воднева енергетика. Буде посилено вимоги до енергоефективності будівель.
Загалом відновлення енергетики України розраховане на 10 років (3 етапи) і потребуватиме більш 700 млрд. долл. США. Одним із пріоритетних завдань післявоєнного відновлення стане забезпечення енергонезалежності країни.
25.11.22 Науковий семінар “Введення в 3D друк полімерними матеріалами”
Доповідач: завідувач відділу зварювання пластмас Інституту електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, професор, д.т.н. Юрженко Максим Володимирович.
Анотація семінару: Адитивні технології або як їх просто називають 3D друк уже стійко увійшов у людське життя. Його використовують у багатьох сферах життєдіяльності людини – від виготовлення дитячих іграшок до виробництва індивідуальних імплантів медичного призначення. Ми розглянемо власне поняття полімерів та полімерних композитів, їх структуру, властивості та сфери застосування, обговоримо найбільш розповсюджені технології 3D друку, зануримося у наукові основи цих процесів на прикладі найбільш популярної технології FDM (Fused deposition melting) 3D друку. Наприкінці окреслимо майбутні перспективи розвитку адитивних технології, зокрема перехід від 3D друку до 4D друку.
30.10.22 Робочий науковий семінар “Гідрогелі медичного призначення”
Семінар відбувся 30.10.22 у змішаному форматі (онлайн та офлайн) за участю гуртка “Актуальна прикладна фізика”
09.06.22 науковий семінар “Оцінка параметрів концепту гібридної електрохімічної рушійної установки літального апарата”
Доповідач: Макарчук Богдан Олексійович, студент 1 курсу магістратури кафедри прикладної фізики НН ФТІ, група ФФ-11мн
Анотація семінару: У сфері ракетного двигунобудування станом на зараз існує проблема підвищення ефективності двигунів для роботи у перехідних середовищах або ж за умов, де потрібна найбільша питома енергія робочого тіла на одиницю її маси. Наявні типові хімічні ракетні рушійні установки вирішують цю проблему лише частково, зазвичай жертвуючи іншими показниками, таким чином обмежуючи сферу використання установки до конкретних ступеней спеціалізованої ракети-носія.
Ми ж розглянемо інший, альтернативний підхід до даної науково-технічної проблеми – гібридизацію ракетного двигуна як такого, шляхом надання енергії робочому тілу реактивного двигуна як за рахунок хімічної реакції згоряння компонентів палива, так і за допомогою згенерованого у межах установки електромагнітного поля.
Даний підхід у межах саме ракетного двигуна є новим, і тому він потребує нової методики розрахунку параметрів установки і схеми технічної реалізації пристрою.
Саме ці два аспекти і будуть розглянуті упродовж нашої зустрічі.
10.02.22 науковий семінар “Динамічні поперечні лазерні моди”
Доповідач: Япаров Володимир Володимирович, к.ф.-м.н., ст. н. с. Філії прикладної оптики Інституту фізики НАН України.
Анотація до семінару: Завдяки наявності підсилюючого нелінійного середовища всередині лазера світ лазерних мод набагато різноманітніший, ніж світ мод порожнього резонатора, який в більшості випадків зводиться до добре відомих сімейств Лагер- або Ерміт-Гаусових мод. Просторово-часові структури лазерної генерації залежать від нелінійності середовища та конфігурації резонатора. У вузько апертурному лазері, який характеризується числом Френеля 1 ≤ NF ≤ 3, головну роль у формуванні просторово-часових структур відіграють граничні умови на апертурі. В такому випадку лазерні моди повторюють моди низького порядку порожнього резонатора. При збільшені числа Френеля збільшується вплив нелінійності середовища на формування структур, в той час, як зменшується вплив апертурних граничних умов. І при NF більше 100 структури поля стають незалежними від граничних умов.
У випадку середньо апертурного резонатора ( NF від 3 до 10) лазер може випромінювати пучок з обертовими кластерами сильно зв’язаних оптичних вихорів. Широко апертурний лазер (NF більше 10) в бістабільному режимі дозволяє збуджувати просторові лазерні солітони з фазовими та/або поляризаційними топологічними дефектами.
На цій зустрічі будуть розглянуті динамічні лазерні моди середньо апертурного лазера. Також будуть показані просторові лазерні солітони широко апертурного бістабільного по інтенсивності лазера.
