Mokslininkė Renata Butkutė – aukščiausio kalibro medžiagų inžinerijos specialistė. Ji su savo komanda laboratorijoje kuria unikalias medžiagas – bismidus, kurių panaudojimas yra toks platus, kad jas pasitelkę galėtume išspręsti daugybę pasaulio problemų ir sukelti revoliuciją medicinoje. Nors ji apie savo pasiekimus garsiai nepasakoja, turime kuo didžiuotis, nes šioje srityje Lietuva patenka į pasaulio lyderių trejetuką.
Portalui LRT.lt R. Butkutė papasakojo, kuo ypatingos jos laboratorijoje kuriamos medžiagos, ką galima su jomis nuveikti ir ką daryti, kad vaikai norėtų mokytis fiziką.
LRT.lt publikuoja interviu iš ciklo „Mokslo moterys“. Kiekvieną penktadienį papasakosime, kuo gyvena Lietuvoje dirbančios mokslininkės, kokius tyrimus jos atlieka, su kokiais iššūkiais susiduria ir kaip atrodo jų kasdienybė.
– Kiek žinau, Jūs su komanda kuriate nepaprastas medžiagas – bismidus. Kas tai yra?
– Bismidai yra vieni naujųjų junginių. Tai yra dalis medžiagų inžinerijos, kai gerai žinomas puslaidininkines medžiagas papildydami tam tikrais komponentais, kuriuos mes teoriškai pamodeliuojame, gauname junginius, pasižyminčius įspūdingomis savybėmis, kurios gali būti taikomos specialioje srityje. Tokiu būdu sujungus į vieną keletą gerai žinomų junginių gaunamos konkrečios savybės.
– Kaip tokie junginiai panaudojami?
– Medžiagų inžinerijos panaudojimas yra labai platus, bet bismidų junginiai naudojami infraraudonosios spinduliuotės detektoriuose ir emiteriuose. Pavyzdžiui, emiteriai gali būti infraraudonosios šviesos šaltiniai ir gali būti panaudojami įvairiuose jutikliuose. Ta pora, šaltinio ir detektoriaus, yra skirta tam, kad esant kažkokioje aplinkoje, jeigu padidėja CO2 kiekis, o ventiliacinė sistema sugenda, galėtume sužinoti apie padidėjusį pavojų. Mes turime šaltiniu, šviestuku arba lazeriu sužadinti tas molekules, o detektorius turi užregistruoti.
Panašiai kaip kraujo tyrimas. Mes turime tam tikras ribas ir sakome: jeigu kraujo tyrimų duomenys į jas patenka, mūsų organizmas yra sveikas ir nėra pakitimų. Taip ir čia. Tiriame visą orą ir tas infraraudonasis šaltinis, kurio pagrindas yra bismidai, sužadina CO2 molekulę, ir detektorius, kuris jautrus tame ruože, užfiksuoja pokytį ir lygina. Ateityje tai bus integruota kartu su dirbtiniu intelektu, kad mums nereikėtų galvoti, kokios yra tos normos, kiek impulsų surinko ir t. t. Dirbtinis intelektas mums ir pasakys, ar yra nuokrypis nuo normalaus kiekio.
Infraraudonąjį bangų ruožą pasirinkome todėl, kad jame yra labai daug organinių molekulių, mus supančių aplinkoje. Tai CO2, deguonis, azotas, metanas – viskas, kas yra aplink ir kas yra susiję su aplinkosaugos klausimais, pavyzdžiui, deginamas kuras žiemą išskiria CO2, kurį galima pastebėti tais šaltiniais. Taikymai taip pat galėtų būti siejami su duomenų apsauga arba paslaptingąja ir dar klausimų keliančia kvantine kriptografija. Tai šiuo metu darosi ypač aktualu.
Taip pat mūsų organai, patirdami tam tikrus pokyčius, išskiria didesnį kiekį tam tikrų dujų. Žinome, kad kepenys, inkstai ir kasa išskiria daugiau acetono, kai sutrinka jų veikla. Būtent acetonas turi savo linijas infraraudonųjų spindulių ruože. Kad pataikytume į tą acetoną, turime įvesti tam tikrą bismuto kiekį. Kitaip tariant, norėdami pajusti tam tikrus junginius, turime turėti tam tikrus lazerius, atitinkamą bangų ilgį.
Jeigu kalbame apie žmogaus sveikatą, mes galime pradinėje stadijoje pastebėti, kad yra labai nedidelis kiekis to nepageidaujamo komponento. Ką mums tai duotų? Dabar visi Europos Sąjungos projektai yra susiję su neinvaziniu stebėjimu. Lazeris jutiklinėje sistemoje leistų pamatyti labai mažą kiekį to nepageidaujamo komponento, galėtume netgi patys savo išmaniuosiuose įrenginiuose turėti iškvepiamo oro vamzdelį ir analizatorių, ten būtų daug įvairių lazerių ir galėtų mums iš karto pateikti analizę, kad ir kraujo. Tada pats žmogus, taip profilaktiškai pasitikrinęs be jokio kraujo ėmimo, ėjimo į polikliniką, galėtų ramiai gyventi toliau. Bet jeigu matytų, kad yra kažkas įtartino, galėtų kreiptis į gydytoją, kuris, turėdamas rezultatus, nusiųstų atlikti echoskopijos ar kitų tyrimų.
Bismidai turi universalią savybę ir gali užfiksuoti net vienos molekulės pokyčius organizme. Tokia priemonė leistų mums gyventi sveikai ir anksti pastebėti įvairias ligas, gydymas būtų žymiai paprastesnis, o išgijimas galbūt būtų šimtaprocentis.
Dabar mes turime rinkoje tokių lazerių ir detektorių, bet tendencija tokia, kad turime daugiau universalių prietaisų. Tai reiškia, kad jie veikia, tarkime, kaip virtuviniai kombainai. Turime viską viename, galime atlikti visas operacijas, bet jeigu pasižiūrėtume į jų kokybę, pamatytume, kad tenkina ne viskas.
Konkretūs prietaisai, turintys pajusti arba sužadinti medžiagą, atlieka savo funkciją žymiai efektyviau. Tie lazeriai, kuriuos mes gaminame bismidų pagrindu, veikia kambario temperatūroje, jų nereikia šaldyti. O daugelį rinkoje esančių prietaisų turime šaldyti, nes jie veikia žemesnėje temperatūroje dėl tam tikrų nuostolių sistemose. Tad bismidai turi tokį pranašumą. Viena medžiaga gali patenkinti visą lazerių asortimentą, skirtingiems bangų ilgiams. O šaldymas ir papildoma infrastruktūra visada turi tam tikrų kaštų.
Bismidai yra labai įdomi medžiaga, kelianti daug iššūkių, bet jeigu nėra iššūkių, nėra ir progreso. Tik niekam tai neįdomu, niekas to netyrinėja ir už tai negauna projektinio finansavimo.
– Kaip tik norėjau sakyti, kad ši medžiaga, regis, galėtų sukelti revoliuciją medicinoje. Būtų nuostabu turėti galimybę sau diagnozuoti ligą daug anksčiau. Kas stabdo?
– Gal tai nėra stabdis, bet labiau technologiniai, taikomieji iššūkiai. Tai, kas susiję su žmogaus sveikata, kelia ir etikos klausimų. Jeigu tvirtiname įrankius, kurie leidžia diagnozuoti tam tikras ligas, turime sutvarkyti visus etinius formalumus. Dažnai tai užtrunka. Turime pavyzdį su vakcinos nuo koronaviruso gamyba. Vakcinos kūrimas įprastai trunka keletą metų, šiuo atveju vakcina buvo sukurta žymiai greičiau, bet situacija taip privertė. Įprastai taikomieji moksliniai projektai turi pereiti visus žingsnius, jeigu tai nėra pandeminis atvejis, niekas netrumpina tų etapų. Laiko skalėje tai labai išsitempia.
Žinoma, lazeris išlaukė 40 metų, kol buvo pritaikytas. Šiuo atveju tai siejama su medicina ir jautrumas, tikslumas turi pasiekti tokias ribas, kad iš tikrųjų būtų diagnozuojama tai, kas yra, o ne maždaug. Tai, kas susiję su medicininiu taikymu, yra ypač tiriama ir analizuojama. Analizėje negali būti klaidų, tai negali būti prietaisai, kurie smarkiai klystų.
Tai yra tik viena sritis, kur bismidai gali būti naudojami. Jie gali būti naudojami ir saugumo srityje. Tai reiškia, kad tarp visų molekulių savo lazeriu galime atpažinti esančias sprogmenyse, ginkluose. Mums padeda ir terahercinė spinduliuotė. Norime, kad stebėjimo sistemos, paremtos tais detektoriais ir šaltiniais, galėtų leisti mums saugiai jaustis viešose vietose, parkuose, koncertuose, oro uostuose.
Lazeriai mane labai žavi dėl to, kad technologas, žinodamas pradinę motyvaciją, turi sugalvoti rinkinį medžiagų, kurios galėtų tai patenkinti. Ne šiaip rinkinį, bet kad tarp visų tų medžiagų įvyktų parametrų sinergija ir tas efektyvumas ypač padidėtų. Tai yra labai svarbu.
Aišku, visada yra iššūkių. Aš labai mėgstu rizikuoti. Jeigu nėra rizikos ir nekeliu sau iššūkių, man neįdomu dirbti, tada motyvacija sumažėja. Jeigu yra iššūkis, negalvoji, ar tai galiausiai virs prietaisu. Žinoma, labai smagu, kai viskas pereina į komercializavimo etapą, bet pats pradinis technologinis iššūkis yra didžiausias pasitenkinimas.
Moksliniuose straipsniuose matai problemą, kad nėra atsikartojimo, rezultatai prasti, nepavyksta padaryti. Technologo užduotis ir yra sugalvoti, kaip įgyvendinti. Man atrodo, kad be iššūkio net neverta tuo užsiimti. Jeigu neturi nuojautos, motyvacijos, kuri dieną naktį verčia tave per galvą, kaip viską padaryti, geriau tuo ir neužsiimti.
– O kaip atrodo Jūsų įprasta darbo diena? Nuo ko prasideda ir kuo baigiasi?
– Aš dieną pradedu kava, ją geriu turbūt visą valandą. Anksti ryte, šeštą valandą. Viską labai gerai suplanuoju ir pergalvoju. Tai yra pagrindinė dienos dalis, kuri mane nukreipia į darbus. Tada važiuoju į darbą, paprastai visa darbo diena būna skirta technologijoms, jeigu vyksta technologiniai procesai. Vakare viską turi charakterizuoti, reikia turėti gerus kolegas, kurie kantriai laukia tavo suformuotų kristalų, kad juos patikrintų ir pažiūrėtų, ar idėja pasiteisino. Kartais taip būna keletą kartų per dieną, kol vyksta technologinis optimizavimas, ypač tos aktyviosios terpės, kuri atsakinga už tam tikrą spinduliuotę. Prieš pradėdama antrą procesą, labai mėgstu, kad mano kolegos patikrintų, ar pavyko tą idėją pateisinti, gaunu grįžtamąjį ryšį, tada žinau, ką galbūt reikėtų pakeisti. Ir taip kasdien.
Kartais būna, kad procesai trunka labai ilgai, paliekami nakčiai. Mūsų epitaksija ypatinga tuo, kad leidžia auginti kvantines struktūras – atskirus atomus dėlioti į tam tikras vietas, sluoksniu po sluoksnio padengti plokšteles, labai aiškiai kontroliuoti kristalines savybes ir storį. Kvantinė geometrija mums taip pat padeda manipuliuoti lazerio parametrais.
Antroji dalis, leidžianti kontroliuoti lazerio parametrus, yra jo geometrija. Nes vienais atvejais reikia mažo galingumo, kitais – didelio. Litografiškai padaromas tam tikras dizainas, jo geometrija, tuomet lazeris pasižymi tam tikromis savybėmis. Kartais tokie procesai trunka kelias dienas, net savaites, bet tuo atveju, kai penktadienį į pavakarę jau žinoma, kad lazeris bus padarytas, smalsumas neleidžia eiti namo ir ilsėtis. Aš mėgstu, kad kompanija, vykdanti lazerio parametrų charakterizavimą, padarytų tai netgi penktadienio vakarą arba šeštadienį. Negaliu ilsėtis, jeigu neįsitikinu, kas padaryta tą dieną, ar tas lazeris veiks, ar ne. Man tai būtų blaškymasis visą savaitgalį iki pirmadienio, kol bus patikrinta, ar lazeris su atitinkamu bangos ilgiu pavyko. Tas smalsumas, noras pamatyti yra labai intensyvus.
– Kitaip tariant, nesate iš tų žmonių, kurie pasibaigus darbo laikui eina namo? Nesistengiate per daug atsiriboti nuo savo veiklos?
– Aš laisvalaikį labai vertinu, skiriu darbą nuo asmeninio gyvenimo, bet jie labai gerai atsiskiria tada, kai darbe esi sėkmingas. Tad genint pomidorus mažas pamąstymas, kaip parašyti vieną ar kitą projektą, suformuluoti temą studentams, netrukdo poilsiui. Tai yra malonumas. Blogai tada, kai padarai ne viską ir eini atostogauti. Tada neturi nei atostogų, nei darbo rezultatų. Aš mėgstu padaryti darbą iki galo ir tada leisti sau ilsėtis.
Džiaugiuosi kiekvienu savo technologiniu procesu, jeigu jis turi teigiamą rezultatą, kad ir iš 5 ar 10 procesų išgryninu idėją, kaip ką nors padaryti. Net jei reikėtų ir visus metus skirti, jeigu randi išeitį – džiaugiesi.
Man nereikia Nobelio premijos. Man reikia įveikti iššūkius. Svarbu suprasti, kad žinios – pats brangiausias dalykas gyvenime. Be jų mes neturėtume nei verslo ekonomikos, nei inovacijų, nei naujų prietaisų, nei pažangos, nei vaistų nuo vėžio, nei vakcinų – nieko. Tik žinios mums leidžia tai padaryti. Galiu turėti labai gerą įrangą, bet jeigu neturėsiu žinių, progreso nebus.
– Kiek žinau, savo srityje Jūs su komanda papuolate į pasaulio lyderių trejetuką. Tai išties įspūdingas įvertinimas. Kaip pasiekėte tokį mokslinės kompetencijos lygį?
– Kaip ir minėjau, reikia kaupti žinias, nes su progresu susidaro tokia situacija, kad viskas vyksta keliais frontais, einama keliomis kryptimis. Naujos medžiagos, naujos technologijos, dabar einame prie nanodarinių. Ne visada žinome, kaip tie naujų medžiagų nanodariniai elgiasi, tai ateini į mokslą kaip pirmokas ir turi vėl visko mokytis. Mokaisi kartu su visu pasaulio elitu. Straipsniuose publikuojamos įvairios diskusijos, hipotezės, kartais netgi neturi įrankių, kaip tą nanodarinį ar jo elgseną patikrinti.
Turėdamas žinių turi provokuoti diskusiją, o toje tarptautinėje diskusijoje gimsta labai gerų idėjų, žinių, kurias galima kaupti bendradarbiaujant. Turi nuolat mokytis, nes viskas kinta. Kas mėnesį būna naujų atradimų, atsiranda naujovių, todėl negali atsilikti. Turi ne tik skaityti, ką kiti daro, bet tirti ir diskutuoti. Mokymasis ir bendradarbiavimas tarptautiniu mastu yra svarbus.
Antras dalykas – labai smagu, kad Lietuva neatsisakė įvairių technologinių centrų kūrimo. Mūsų centras (Fizinių ir technologijos mokslų centras (FTMC), – LRT.lt) turi labai daug naujos, pažangios įrangos. Palyginti su tuo, ką mačiau Kinijoje ir Japonijoje, turime labai džiaugtis tuo, ką turime. Įvyko toks progresas, kad įranga dabar yra žymiai inovatyvesnė ir pažangesnė, ja galima kurti nanoprietaisus. Tokią galimybę mažai kas turi.
Dauguma mūsų technologų patys sukomplektavo visą įrangą tam tikriems procesams ir komponentų gamybai. Mes visi turėjome patirties skirtingose šalyse, tų kompetencijų čia nebuvo. Mes jas įgijome ten, dabar galime darbuotis Lietuvoje. Gal mažai kam žinoma, kad turime labai gerą įrangą, konkurencingą ne tik Europoje, bet ir JAV, Japonijoje. Be to, labai daug jaunimo domisi technologijomis. Anksčiau taip nebuvo. Labai mažas žmonių skaičius pasišvęsdavo technologijoms, nes jos buvo gana paprastos, nepažangios. Vis dėlto ir dabar reikia turėti labai daug kantrybės.
– Kaip pati atradote fiziką? Ar jau mokykloje žinojote, kad eisite šio mokslo keliu?
– Aš dalyvavau tokiose matematikos ir fizikos mokyklose kaip „Olimpas“, „Fotonas“. Man tiesiog buvo labai lengva spręsti uždavinius, tai nebuvo didelis krūvis po pamokų. Šiek tiek sunkiau buvo su humanitariniais mokslais. Prieš studijas pamąsčiau, ką pasirinkti, nes labai mėgau prancūzų kalbą, mokykloje netgi kartais pavaduodavau mokytojus žemesnių klasių mokiniams vesdama prancūzų pamokas.
Mane tas romantizmas vilioja ir dabar, tad blaškiausi, ką mokytis. Pasikalbėjau su savo pedagogais ir nusprendžiau, kad matematika fizikoje visada reikalinga. Fizika duoda ir eksperimentinį patikrinimą, o prancūzų kalbos aš galiu mokytis ir taip, niekas nedraudžia atliekant eksperimentus kalbėti prancūziškai. Taip ir įvyko, kad pasirinkau studijas Fizikos fakultete, bet mane prikalbino studijuoti astrofiziką. Ji mane labai viliojo, bet fizika visada buvo greta. Baigusi studijas gavau kvietimą darbuotis Teorinės fizikos ir astrofizikos institute, bet per baigiamąjį darbą suviliojo technologija ir nusprendžiau vietoj astrofizikos mokslinį darbą tęsti naujų medžiagų – superlaidininkų srityje. Mane tai užkabino, nuo tada prasidėjo visas technologinis kelias ir nė akimirkos nesigailiu.
– Atrodo, kad kalbant apie studijų kryptis dominuoja humanitariniai ir socialiniai mokslai. Moksleiviai ypač baidosi fizikos. Kaip manote, kodėl tikslieji mokslai kelia tokį siaubą?
– Manau, moksleiviams šiek tiek neramu dėl to, kad tai labai didelis iššūkis. Mes labai daug reikalaujame iš tiksliųjų mokslų srities specialistų. Daugiausia reikalavimų kelia prietaisai, ypač susiję su medicina. Kitas dalykas, ne kiekvienas yra talentingas daryti mokslą nuo pradžios iki pabaigos ir pasiekti viršūnę. Daliai žmonių užtenka būti grupės dalimi, kitiems, ypač dabartiniam jaunimui, norisi save matyti kaip lyderius. Kova, konkurencija šioje srityje yra labai didelė. Nereikia galvoti vien tik apie Lietuvą – vyksta pasaulinė konkurencija, ir galbūt tai išgąsdina.
Dalis moksleivių, kurie ateina pas mus į centrą ir pamato, kokių turime galimybių, sako: „Aš maniau, kad baigus fiziką galima dirbti tik užsienyje. O, pasirodo, čia yra puikių galimybių.“ Man atrodo, kad dabar tradicinis pasakymas, esą socialiniai mokslai yra įdomesni jaunimui, po truputį keičiasi.
– Žmonės mėgsta sakyti: „Aš nesuprantu matematikos, nesuprantu fizikos, aš – humanitaras.“ Ar išties reikia išskirtinių protinių gebėjimų, kad suprastum fiziką?
– Mano nuomone, daroma klaida, kai moksleiviui nėra sugretinama su gyvenimu, kaip realiai tai gali būti panaudojama, kai neišaiškinamas taikomasis aspektas. Dažnai tai būna tiesiog sausas dėstymas, dėsnis po dėsnio, ką tai reiškia. Iš tikrųjų, mokantis tiksliųjų mokslų, reikia žvelgti iš tarpdisciplininio taško. Dabar grynos fizikos nėra. Kaip ir lazeris nėra atskiras pasiekimas, tai yra įrankis. Bet kuris prietaisas yra tik komponentas. Mokiniams fizika, chemija, biologija turėtų būtų dėstomos iš bendrojo taikomojo principo taško, turi būti kuriamos sąsajos, kodėl turime išmanyti chemiją ar biologiją, kad sukurtume lazerį. Turime žinoti, kaip tas objektas, kurį tyrinėsime, veikia.
Manau, šie dalykai mokykloje turi būti dėstomi kitaip, turi būti rodoma perspektyva, taikymo galimybės, ypač išaiškinamas veikimo principas. Mokiniai nesupranta, kam to reikia ir kaip tai veikia. Jeigu mokytojas sugeba išaiškinti, tada vaikai pradeda fantazuoti – tai yra pats svarbiausias dalykas.
Jeigu norime kurti, turime svajoti, kalbėti. Nebūtinai teisingai, mokytojas turi pasakyti, kad esi neteisus, nes atitinkamo dėsnio neįtraukei. Per tokią interaktyvią diskusiją ir galimybes pritaikyti, ką nors panaudoti ateina pagrindinė idėja ir mokslinis principas. Atskirai nebėra nei fizikos, nei chemijos. Turime gauti bazę, bet jeigu nebus parodytas švyturys, į kurį turime lygiuotis ir į kurį turime nutaikyti savo žinias, nieko nebus.
