U ovom blog postu istražujemo kako elektrotehnika - spoj električne energije i informacijske tehnologije - transformira moderno društvo i kako se primjenjuje u različitim područjima.
Što mislite da proučava 'Odjel za elektrotehniku'? Obično, kada ljudi čuju riječ 'električna energija', prvo pomisle na statički elektricitet, nešto što biste mogli osjetiti hladnog, suhog zimskog dana. Također pomisle na energiju koja pokreće svjetla, omogućujući ljudima da budu aktivni u svijetlim prostorima u tamnim noćima, ili na električnu energiju koja se koristi za pokretanje kućanskih aparata koji olakšavaju život. Upravo spomenuti primjeri prikladno opisuju električnu energiju, bitnu robu modernog društva koju često susrećemo oko sebe. Međutim, ljudi se često muče shvatiti što se događa kada se električna energija i inženjerstvo spoje.
Davno se zvao 'Zavod za elektrotehniku', ali nedavno je promijenjen u 'Zavod za elektrotehniku i informatiku'. Zašto promijeniti naziv? Kakva je veza između električne energije i informacije? Iako je vjerojatno bilo više razloga za promjenu naziva, želio bih objasniti kakva se istraživanja provode na Zavodu za elektrotehniku kroz razlog koji smatram najvažnijim.
U elektrotehnici se 'električna energija' može grubo podijeliti na električnu energiju kao energiju i električnu energiju kao signal. Posebno me zanima područje koje se bavi električnom energijom kao signalom, a ta je tehnologija značajno napredovala, do te mjere da uvelike utječe na druge industrije. Čak pronalazi primjenu i u samom području električne energije. Da bismo prvo objasnili polje električne energije, lakše je razumjeti energiju kao izvor energije koji pokreće objekte.
Kao energija, električna energija se proizvodi u elektranama, prenosi diljem zemlje i koristi za rad raznih uređaja. Stoga oni koji se specijaliziraju za električnu energiju istražuju kako učinkovito proizvoditi električnu energiju, kako pohranjivati ovaj izvor energije u baterije te kako smanjiti gubitke i prenositi električnu energiju na isplativ način.
U usporedbi s drugim izvorima energije, poput toplinske energije, električna energija je visoko organizirana. To omogućuje prijenos na velike udaljenosti uz minimalne gubitke i čini je pogodnom za pretvorbu u druge oblike energije. Budući da je električna energija toliko prikladna za rukovanje ogromnim količinama energije koje čovječanstvo koristi, život bez električne energije u modernom društvu je nezamisliv. Sve je to zahvaljujući doprinosima energetičara.
Sada objasnimo elektricitet kao signal. Elektricitet kao signal je sveobuhvatniji koncept od elektriciteta kao snage. Prvo, uzimajući u obzir definiciju signala, u elektrotehnici se signal može definirati kao fizička veličina koja prenosi informacije. Točnije, među raznim fizičkim veličinama poput temperature, brzine, zvuka i tlaka, odnosi se na napon koji prenosi informacije. Postoji područje obrade signala, koje učinkovito prima signale i obrađuje ih u oblik koji možemo razumjeti, i postoji područje komunikacija, koje se bavi uređajima poput radija ili telefona koji šalju i primaju te signale. To je, doslovno, disciplina koja se bavi samim signalima.
Da bismo lako koristili ove tehnologije bilo kada i bilo gdje, potrebne su nam sofisticiranije tehnike. Tu je područje sklopova, koje stvara sklopove za pojačavanje i pohranjivanje signala koji su poslani daleko putem komunikacije i stoga im je snaga smanjena. Tu je i područje poluvodiča, koje proizvodi poluvodičke uređaje koji čine te sklopove. Nadalje, tu je područje elektroničke fizike i uređaja, koje stvara uređaje sposobne pretvoriti obrađene signale u vizualne prikaze. Konačno, tu je područje sustava, koje osigurava da ti uređaji pouzdano rade kao sustav, i računalno područje, koje obrađuje informacije sadržane u signalima. Stoga, elektricitet kao signal nije samo napon; to je dragocjena informacija s kojom se mora postupati s velikom pažnjom.
Nedavno su se istraživačka područja unutar elektrotehnike značajno proširila, što zahtijeva znatan prostor samo za predstavljanje podoblasti. Ovaj put ćemo objasniti elektrotehničke tehnologije primijenjene na magnetsku rezonancu (MR). Magnetska rezonanca (MR) je spoj elektrotehničkih tehnologija. U osnovi, MR zahtijeva snažan elektromagnet. Vjerojatno se sjećate iz sata prirodoslovlja u osnovnoj školi kako ste izrađivali elektromagnet i vidjeli uzorak koji su crtali željezne strugotine privučene na njega. Elektromagnet ugrađen u MR je daleko snažniji, zbog čega znate da ne smijete unositi nikakve metalne predmete u MRI skeniranje.
Ovaj snažni elektromagnet poravnava molekule vode u našim tijelima duž smjera svog magnetskog polja. Zapravo, iako to rijetko percipiramo, preko 90% svih sila u svemiru su elektromagnetske sile. Elektromagnetske sile su obično u ravnoteži, što ih ljudima otežava osjetiti. Međutim, kada se ta ravnoteža poremeti, javljaju se fenomeni poput statičkog elektriciteta ili munje. Vraćajući se na magnetsku rezonancu, kada molekule vode u ravnoteži prime elektromagnetske valove određene frekvencije, počinju vibrirati. To je slično efektu rezonancije gdje trzanje žice na žičanom instrumentu proizvodi specifičnu notu. Zato se magnetska rezonancija naziva 'magnetska rezonancija'.
Kada se stimuliraju, vibrirajuće molekule vode emitiraju elektromagnetske valove na određenim frekvencijama. Intenzitet tih emitiranih valova varira ovisno o gustoći vode u tjelesnim tkivima. Koristeći ovaj princip, prijemnik hvata signale, procjenjuje strukturu tjelesnih tkiva i pretvara te informacije u sliku koju liječnik može interpretirati. Ranim MRI uređajima trebalo je dugo vremena za prikupljanje signala, što je ponekad uzrokovalo klaustrofobiju kod pacijenata.
U početku su se elektroinženjeri specijalizirani za obradu signala posvetili istraživanju magnetske rezonancije kako bi smanjili nelagodu pacijenata i omogućili brže snimanje za više pacijenata. Kao rezultat toga, slike gotovo nerazlučive od originala mogle su se dobiti korištenjem znatno manje signala nego prije. Nedavno je MRI tehnologija napredovala do te mjere da je moguće promatranje pokreta srca u stvarnom vremenu. Ova tehnologija igra važnu ulogu u dramatičnoj obradi bioloških informacija.
Dakle, elektrotehnika sada obuhvaća ne samo elektroničke uređaje duboko ukorijenjene u našim životima, već i medicinu, 3D snimanje, obradu informacija, pa čak i umjetnu inteligenciju. Pod imenom elektricitet širi se u nezamisliva područja. U budućnosti će se elektrotehnika razvijati izvan jednostavne obrade signala u područje gdje računala inteligentnije obrađuju signale.
