Своя персональная «стена огня»: firewall против комаров

Блог компании RUVDS.com. Далеко позади остались тёплые летние деньки, и настало самое время поговорить о том, как подготовиться к следующему лету. Во многих регионах тёплый летний период существенно омрачается наличием летающих кровососущих насекомых. В некоторых регионах эта проблема стоит настолько остро, что зачастую не видно даже неба под облаком гнуса.

С переменным успехом с этой проблемой пытаются бороться с помощью применения разнообразных спреев и антикомариных средств. Но не всегда это приносит желаемый результат. Проблема ещё существенно осложняется тем, что многие виды комаров являются переносчиками инфекционных и паразитарных болезней. Попробуем прикинуть, как с помощью технических средств можно было бы решить этот вопрос!

Несмотря на то что многие считают комаров всего лишь досадными насекомыми, которые жужжат и мешают спать, они являются и переносчиками достаточно серьёзных недугов.

Например, в нашей стране, комары могут стать причиной заболевания туляремией, сибирской язвой, малярийным плазмодием и другими заболеваниями. Так как комары обычно развиваются в водной среде, в разных странах пытаются бороться с ними, помощью покрытия воды специальными плёнками, которые не дают проникнуть кислороду к личинкам комаров, находящихся под водой. Параллельно это может привести к мору рыбы, так как подводная живность не ограничена только комарами.

Если же говорить об отдельных людях, то наиболее распространённым способом борьбы является использование противомоскитных сеток и спреев. Но не всегда только комары являются существенной проблемой, упомянутый выше сибирский гнус, тоже весьма серьёзная угроза:

Но не всегда борьба с насекомыми находилась только в области химии и разнообразных физических устройств, вроде сеток. Были и достаточно амбициозные проекты. Среди которых можно назвать начинание Билла и Мелинды Гейтс, которые обратились к Intellectual Ventures, в рамках своей попытки борьбы с заболеванием малярией. Компания провела достаточно большой мозговой штурм, в результате которого астрофизику Лоуэллу Вуду пришла в голову идея использовать лазеры. Это начинание привлекло большое внимание общественности в 2010 году.

Основная идея специалистов компании, среди которых был ряд учёных, работавших в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, придумали решение, которое заключается в непосредственном уничтожении москитов, с использованием высокоэнергетического лазера.

В рамках создания одного из прототипов, было испытано решение, которое представляло собой летающий дрон, с установленным на него компактным лазером. Это решение позволяло патрулировать рамки определённой территории и уничтожать летающих насекомых.

Но уже последний прототип устройства, разработанный в 2010 году, представлял собой забор из столбов, с установленными на них светодиодными источниками света и фотоприемниками. Излучение от источников света воспринималось фотоприемниками и пересечение луча позволяло регистрировать нарушение периметра.

komary1.pngИсточник картинки: webcooltips.com

После обнаружения будущей цели насекомое подсвечивалось нелетальным лазером, который позволял дистанционно определять частоту взмахов крыльев насекомого и даже его пол, так как частота взмахов уникальна для каждого вида насекомого и его пола. Такая точность определения была необходима, чтобы сконцентрироваться на уничтожении именно малярийных комаров, а конкретнее, — их самок, так как именно они кусают людей.

Как только вид комара определён, и выявлена его принадлежность к конкретному полу, проверяется будущий путь лазера, чтобы убедиться в том, что на пути никого нет, и только после этого — производится летальный выстрел.

В качестве боевого лазера возможно использовать любой из потребительских лазеров малой мощности, однако наиболее высокую эффективность (на тот момент исследований) показали сине-фиолетовые лазеры, которые использовались в проигрывателе blu-ray. Основным их преимуществом является то, что они более дешёвые и доступные, чем красные, и их мощности вполне достаточно. Уничтожение комара происходит из-за его физического перегрева, который может как убить, так и привести к сморщиванию его крыльев.

Как считалось, такой фотонный забор можно было бы размещать вокруг зданий, в частности, строений больниц и школ, или даже целых деревень, что бы могло привести к снижению распространения малярии. По расчётам, такой забор мог бы убивать от 50 до 100 комаров в секунду, на дальности приблизительно в 30 метров.

komary2.pngАвтор: Intellectual Ventures LLC — www.intellectualventures.com/…otonic-fence, Добросовестное использование, ru.wikipedia.org/w/index.php?curid=5088382

Однако проблемой при разработке такого устройства явилось то, что в тех регионах Земли, где наиболее распространено заболевание малярией, обычно отсутствует надёжное электроснабжение. Поэтому, несмотря на такие успехи в развитии технологического способа борьбы с летающими насекомыми, широкого применения такой способ борьбы так и не получил.

Попробуем прикинуть, как мы могли бы построить нечто подобное для своих собственных целей, для использования в регионах, страдающих от гнуса?

Сначала попробуем сформулировать нашу задачу. В качестве целевого назначения возьмём создание такой системы, которая позволяла бы надёжно и достаточно недорого защищать как отдельного человека, так и целые области нахождения людей, от проникновения нежелательных насекомых. Кроме того, система должна допускать быстрое разворачивание на целевом ареале действия, быть достаточно надёжной.

В качестве такой системы можно было рассмотреть использование также лазерного устройства, которое могло бы создать вокруг отдельного человека настоящую «стену огня», непроницаемую для врага, эдакий натуральный «firewall во плоти».

Ну как же этого добиться? Значит необходимо, создать некую систему развёртки лазерного луча!

Предположим, что такая система является носимой. То есть, она укреплена на теле конкретного человека и защищает только его, создавая вокруг него некое «силовое поле» из лазерного излучения. Наиболее рациональным способом реализации такой затеи видится создание некой шапочки, которая одевается человеком, не имеет козырьков, и на макушке этой шапочки расположено быстровращающееся зеркало, укреплённое под острым углом к оси человека.

Так как в настоящее время имеется достаточно большое количество недорогих и компактных электродвигателей, которые могут вращаться на очень больших частотах, — на валу такого электродвигателя можно укрепить небольшое зеркальце, размером буквально не более 5 мм х 5 мм, в которое будет светить лазер, укреплённый, например, на затылке этой шапочки.

komary3.png

Зеркальце будет отклонять лазерный луч в сторону Земли, и он будет описывать вокруг человека окружность. Но тут, конечно, во весь рост встаёт проблема обеспечения требуемой мощности этой «стены огня». Так как в каждой точке окружности лазер будет находиться весьма ограниченное время, что приведёт к соответствующему падению его мощности и достаточно слабом воздействия на каждую конкретную точку. Необходимо ещё учесть тот момент, что насекомые не движутся медленно, а летят на достаточно больших скоростях, поэтому требуется воздействовать на насекомых в течение очень короткого периода достаточно большой мощностью. Поэтому, скорее всего этот вариант будет трудноосуществим.

В качестве альтернативного устройства можно было бы использовать миниатюрные механические сканирующие МЭМС зеркала. Принцип действия таких устройств заключается в возможности маленького зеркальца, осуществлять колебания в двух плоскостях, на очень больших скоростях.


Именно поэтому, такие устройства применяют для отклонения световых лучей (в частности, лазерных).


Таким образом, используя способ развёртки лазерного луча с помощью МЭМС-зеркала, можно было бы заставить луч не описывать окружность, а целенаправленно наводить луч только на движущееся насекомое. Это привело бы, в свою очередь, к повышению концентрации энергии на насекомом, так как в каждый конкретный момент времени, луч передавал бы гораздо больше энергии, чем это происходило бы в случае круговой развёртки с использованием электродвигателя и зеркальца.

Однако, тут в полный рост встаёт другая проблема: создание полноценного компактного радарного устройства, которое могло бы с большой скоростью обнаруживать летающих насекомых и наводить на них поражающий луч.

Возможно, в данном случае можно было бы применить комбинированный подход, который уже использовался в устройстве от Мелинды и Билла Гейтс: использование предварительной подсветки летящего насекомого слабым лазерным лучом, для определения его пола и вида.

Создание подобных аппаратов открыло бы возможности не только индивидуальной защиты каждого конкретного человека, но и создания неких зон защиты для, например, лагерей палаточного типа, расположившихся в неблагоприятных природных условиях.

Для этих целей, поражающую лазерную систему можно было бы поднять на высоту над лагерем, которую она удерживала бы: или прикреплённая к небольшому воздушному шару, или установленная на компактный дрон, питание на которой передавалось бы по тонкому кабелю, от установленной на земле аккумуляторной батареи.

В любом случае, так как в последнее время получили широкое распространение способы диодной накачки, которые позволяют создавать лазеры со средней и высокой пиковой мощностью, реализация подобных защитных систем, приобретает всё более реальные черты.

Ещё одним интересным вариантом создания подобной системы, является её базирование на импульсных лазерах высокой мощности. Например, в настоящее время, нередкими являются волоконные импульсные лазеры, с изменяемой мощностью, находящейся в пределах от 100 ватт — и до 1 кВт, с частотой до 50 кГц. Подобные лазеры частенько используются для маркировки, высокопроизводительной обработки поверхностей, её текстурирования.

Однако, даже при успешном создании подобного защитного устройства, будет сохраняться проблема его опасности для людей, так как лазерное излучение, даже отражённое, обладает высокой энергетикой и может быть опасным для зрения.

В завершение этот рассказа, хотелось бы отметить, что изложенная проблема является концепцией, и было бы очень интересно услышать мнения всех интересующихся и разбирающихся в этом вопросе, чтобы нам всем понять, насколько реализуема такая система и каковы должны быть её контуры для успешного создания и функционирования.

Источник(и):

Хабр