V tej objavi na blogu raziskujemo, kako elektrotehnika – združitev elektrike in informacijske tehnologije – spreminja sodobno družbo in kako se uporablja na različnih področjih.
Kaj mislite, da preučuje »Oddelek za elektrotehniko«? Običajno ljudje, ko slišijo besedo »elektrika«, najprej pomislijo na statično elektriko, nekaj, kar bi lahko občutili na hladen, suh zimski dan. Pomislijo tudi na energijo, ki poganja luči in ljudem omogoča, da so aktivni v svetlih prostorih v temnih nočeh, ali na elektriko, ki se uporablja za delovanje gospodinjskih aparatov, ki olajšajo življenje. Pravkar omenjeni primeri primerno opisujejo elektriko, bistveno dobrino sodobne družbe, s katero se pogosto srečujemo okoli sebe. Vendar pa ljudje pogosto težko razumejo, kaj se zgodi, ko se združita elektrika in inženiring.
Pred davnimi časi se je imenoval »Oddelek za elektrotehniko«, pred kratkim pa se je preimenoval v »Oddelek za elektrotehniko in informacijsko tehniko«. Zakaj spremeniti ime? Kakšna je povezava med elektriko in informacijami? Čeprav je bilo verjetno več razlogov za spremembo imena, bi rad pojasnil, kakšne raziskave se izvajajo na Oddelku za elektrotehniko, pri čemer se mi zdi najpomembnejši.
V elektrotehniki lahko »elektriko« na splošno razdelimo na elektriko kot energijo in elektriko kot signal. Posebej me zanima področje, ki se ukvarja z elektriko kot signalom, in ta tehnologija je znatno napredovala, do te mere, da močno vpliva na druge panoge. Uporablja se celo na področju same električne energije. Da bi najprej razložili področje električne energije, je lažje razumeti energijo kot vir energije, ki premika predmete.
Elektrika se kot energija proizvaja v elektrarnah, prenaša po vsej državi in uporablja za delovanje različnih naprav. Zato tisti, ki se specializirajo za električno energijo, raziskujejo, kako učinkovito proizvajati električno energijo, kako shranjevati ta vir energije v baterijah ter kako zmanjšati izgube in stroškovno učinkovito prenašati električno energijo.
V primerjavi z drugimi viri energije, kot je toplotna energija, je električna energija zelo organizirana. To omogoča prenos na dolge razdalje z minimalnimi izgubami in jo naredi primerno za pretvorbo v druge oblike energije. Ker je električna energija tako primerna za obvladovanje ogromnih količin energije, ki jih človeštvo uporablja, si življenja brez elektrike v sodobni družbi ni mogoče predstavljati. Vse to je zasluga prispevkov energetikov.
Zdaj pa razložimo elektriko kot signal. Elektrika kot signal je bolj celovit koncept kot elektrika kot moč. Najprej, glede na definicijo signala, v elektrotehniki lahko signal definiramo kot fizikalno količino, ki prenaša informacije. Natančneje, med različnimi fizikalnimi količinami, kot so temperatura, hitrost, zvok in tlak, se nanaša na napetost, ki prenaša informacije. Obstaja področje obdelave signalov, ki učinkovito sprejema signale in jih obdeluje v obliko, ki jo lahko razumemo, in področje komunikacij, ki se ukvarja z napravami, kot so radijski sprejemniki ali telefoni, ki pošiljajo in sprejemajo te signale. To je dobesedno disciplina, ki se ukvarja s samimi signali.
Da bi te tehnologije lahko uporabljali kadar koli in kjer koli, potrebujemo bolj dovršene tehnike. Obstaja področje vezij, ki ustvarja vezja za ojačanje in shranjevanje signalov, ki so bili poslani daleč prek komunikacije in so bili zato oslabljeni. Obstaja tudi področje polprevodnikov, ki izdelujejo polprevodniške naprave, ki sestavljajo ta vezja. Poleg tega obstaja področje elektronske fizike in naprav, ki ustvarja naprave, ki lahko pretvarjajo obdelane signale v vizualne prikaze. Nazadnje je tu še področje sistemov, ki zagotavlja zanesljivo delovanje teh naprav kot sistema, in računalniško področje, ki obdeluje informacije, ki jih vsebujejo signali. Zato elektrika kot signal ni zgolj napetost; je dragocena informacija, s katero je treba ravnati zelo previdno.
V zadnjem času so se raziskovalna področja na področju elektrotehnike znatno razširila, kar zahteva precejšen prostor že za predstavitev podpodročja. Tokrat bomo razložili elektrotehnične tehnologije, ki se uporabljajo pri slikanju z magnetno resonanco (MRI). Magnetna resonanca (MRI) je združitev elektrotehničnih tehnologij. V osnovi MRI zahteva močan elektromagnet. Verjetno se spomnite iz pouka naravoslovja v osnovni šoli, kako ste izdelovali elektromagnet in videli vzorec, ki so ga narisali železni opilki, ki so ga pritegnili nanj. Elektromagnet, vgrajen v MRI, je veliko močnejši, zato veste, da v MRI-preiskavo ne smete vnesti nobenih kovinskih predmetov.
Ta močan elektromagnet poravna molekule vode v naših telesih vzdolž smeri svojega magnetnega polja. Pravzaprav, čeprav to le redko zaznamo, je več kot 90 % vseh sil v vesolju elektromagnetnih sil. Elektromagnetne sile so običajno v ravnovesju, zato jih ljudje težko zaznavajo. Ko pa je to ravnovesje porušeno, se pojavijo pojavi, kot sta statična elektrika ali strela. Če se vrnemo k magnetni resonanci, ko molekule vode v ravnovesju prejmejo elektromagnetne valove določene frekvence, začnejo vibrirati. To je podobno resonančnemu učinku, kjer trzanje po struni na strunskem instrumentu ustvari določen ton. Zato se magnetna resonanca imenuje "slikanje z magnetno resonanco".
Ko so vibrirajoče molekule vode stimulirane, oddajajo elektromagnetne valove na določenih frekvencah. Intenzivnost teh oddanih valov se spreminja glede na gostoto vode v telesnih tkivih. Sprejemnik s tem načelom zajame signale, oceni strukturo telesnih tkiv in te informacije pretvori v sliko, ki jo lahko zdravnik interpretira. Zgodnji aparati za magnetno resonanco so za zajemanje signalov potrebovali veliko časa, zaradi česar so bolniki včasih doživljali klavstrofobijo.
Sprva so se elektroinženirji, specializirani za obdelavo signalov, posvetili raziskavam magnetne resonance (MRI), da bi zmanjšali nelagodje pri bolnikih in omogočili hitrejše slikanje za več pacientov. Posledično je bilo mogoče dobiti slike, ki so skoraj nerazločljive od originala, z bistveno manj signali kot prej. Nedavno je tehnologija MRI napredovala do te mere, da je mogoče opazovati gibanje srca v realnem času. Ta tehnologija igra pomembno vlogo pri dramatični obdelavi bioloških informacij.
Tako elektrotehnika zdaj ne zajema le elektronskih naprav, ki so globoko vpete v naša življenja, temveč tudi medicino, 3D-slikanje, obdelavo informacij in celo umetno inteligenco. Pod imenom elektrika se širi v nepredstavljiva področja. V prihodnje se bo elektrotehnika razvila onkraj preproste obdelave signalov v področje, kjer računalniki signale obdelujejo inteligentneje.
