Łączymy naukę z przemysłem

Firma VIGO System oceniana jest jako jedna z najnowocześniejszych i najbardziej innowacyjnych firm w Polsce. Słynie z produkcji detektorów podczerwieni i kamer termowizyjnych. Z jakimi instytucjami Państwo współpracujecie i kto jest odbiorcą Waszych produktów?

Józef Piotrowski: VIGO System stała się firmą globalną, dostarczającą zaawansowane produkty optoelektroniczne do niemal wszystkich rozwiniętych krajów na świecie. Naszymi odbiorcami są akademickie, przemysłowe i wojskowe instytuty badawcze, uczelnie techniczne, producenci analizatorów gazów, spektrofotometrów, urządzeń metrologicznych, medycznych i przemysłowych oraz innych specjalizowanych urządzeń wykorzystujących technikę podczerwieni. Względy konkurencyjne powodują, iż większość odbiorców naszych produktów, zwłaszcza producentów urządzeń, nie pozwala ujawniać faktu współpracy. Inaczej postępuje NASA, która pozwoliła nam pochwalić się naszym skromnym udziałem w wielkiej przygodzie ludzkości.

Maciej Rzeczkowski: Poza kamerami tworzymy też inne systemy do bezkontaktowego pomiaru temperatury. Zastosowane w nich detektory naszej produkcji umożliwiają bardzo szybki pomiar temperatury nieosiągalny dla pirometrów. Systemy tego typu znajdują zastosowanie między innymi w przemyśle, przy pomiarze temperatury obiektów poruszających się z bardzo dużą prędkością.

Systemy termowizyjne to technologie zaawansowane i udoskonalane. Są coraz bardziej popularne zarówno w Polsce, jak i na świecie. Co nowego w zakresie termowizji w ostatnim czasie opracowała Państwa firma? W jakim kierunku będą rozwijać się systemy termowizyjne w najbliższych latach?

Maciej Rzeczkowski: Kierunki prowadzonych przez nas prac w zakresie rozwoju kamer wytyczają potrzeby rynku. Od kilku lat dużym zainteresowaniem cieszą się kamery modułowe. Miniaturowe, lekkie, cechujące się niskim poborem mocy. Są stosowane głównie w technice wojskowej i w bezzałogowych statkach powietrznych. Umożliwiają obserwację obiektów z powietrza. Ostatnim naszym osiągnięciem jest modułowa kamera pomiarowa. Jej zastosowanie na pokładzie drona otwiera nowe perspektywy w termografii obiektów rozległych. Termografia linii energetycznych, dachów budynków, kominów realizowana przy użyciu kamer ręcznych była do tej pory bardzo kłopotliwa. Kamery serii VIGOcam v640 wyposażone w detektor o rozdzielczości 640 × 480 i jeden z wielu dostępnych obiektywów umożliwiają wykonywanie najtrudniejszych zadań pomiarowych realizowanych z powietrza. Ważnym aspektem jest możliwość dostosowania interfejsów (elektrycznego i mechanicznego) do konstrukcji danej platformy latającej. W tej dziedzinie mamy coraz większe doświadczenie.

Oceniam, że rynek kamer ręcznych rozwijać się będzie w dwóch kierunkach. Powstają niezwykle tanie kamery niskiej rozdzielczości, obrazowej, temperaturowej i przestrzennej. Jest to produkt masowy, który w niedługim czasie zastąpi pirometry ręczne. Drugi trend to rozwój zaawansowanych systemów wyposażonych w detektory o wysokiej rozdzielczości, porównywalnej do rozdzielczości kamer światła widzialnego. Kamery te mają rozbudowaną gamę możliwości uzupełniających zasadniczą funkcję – pomiar temperatury. W obu grupach obserwuje się tendencję do obniżania cen.

Odrębną kategorię stanowią kamery chłodzone ciekłym azotem za pomocą miniaturowych sprężarek. Są one stosowane głównie do wykrywania i obserwacji obiektów w technice wojskowej. Głębokie chłodzenie detektora fotonowego zapewnia kilkakrotnie lepszą rozdzielczość termiczną. Kamery wyposażone w obiektywy o długiej ogniskowej umożliwiają wykrycie i śledzenie celu z odległości rzędu 10 km i więcej. Najczęściej wykonywane są kamery bliskiej i dalekiej podczerwieni (na przykład 3–5 µm, 8–14 µm). W Europie prowadzone są prace nad detektorami dwubarwowymi, zwiększającymi skuteczność wykrywania celu. W najbliższych latach dojdzie do komercjalizacji tej technologii.

Józef Piotrowski: Istotnym krokiem naprzód będą kamery wielospektralne umożliwiające wszechstronną detekcję różnorakich obiektów. Należy oczekiwać istotnej poprawy podstawowych parametrów: rozdzielczości obrazowej, termicznej i przestrzennej. Kamery te będą umożliwiały inteligentną obróbkę obrazu. Będą się cechowały niskim poborem mocy mając jednocześnie niewielkie gabaryty. Będzie to możliwe dzięki zastosowaniu specjalizowanych układów elektronicznych wysokiej skali integracji.

Maciej Rzeczkowski: O sile każdego systemu termowizyjnego stanowi między innymi oprogramowanie. W tym zakresie zawsze stawialiśmy sobie wysoko poprzeczkę, starając się realizować sugestie naszych klientów. Dzięki temu powstał unikalny program Therm do analizy danych. Umożliwia on współpracę z wszystkimi kamerami naszej produkcji, również modułowymi.

Państwa firma tworzy coraz lepsze niechłodzone detektory podczerwieni, o wykrywalności sięgającej fizycznych granic. Jesteście jedynym na świecie producentem niektórych typów zaawansowanych detektorów podczerwieni i macie oficjalny status dostawcy NASA. Czy może Pan przybliżyć nam cechy, które są charakterystyczne dla takich detektorów i czy jest jakaś granica ich doskonałości?

Józef Piotrowski: Unikalnymi cechami naszych detektorów jest możliwość pracy bez chłodzenia w bardzo niskich temperaturach, wysoka czułość – bliska fundamentalnych granic fizycznych, bardzo krótki czas reakcji na promieniowanie – poniżej jednej miliardowej sekundy, integracja elementu fotoczułego z elektroniką, miniaturyzacja, szeroka gama dostępnych typów i formatów oraz wygoda ich stosowania.

Fundamentalna bariera czułości, ograniczająca możliwość wykrywania bardzo słabych sygnałów optycznych, jest określona przez szum przychodzącego promieniowania, a nie szum detektora.

Vigo System można nazwać pionierem w technologii związanej z detektorami podczerwieni. Jaki jest obraz polskiego rynku pod tym względem na tle Europy i świata? Jak wygląda konkurencja w dziedzinie optoelektroniki i detektorów?

Józef Piotrowski: Pozycja firmy jest bardzo silna w segmencie detektorów podczerwieni pracujących bez chłodzenia kriogenicznego, które znajdują coraz szersze zastosowania, zwłaszcza w różnorakich urządzeniach do zastosowań cywilnych. To świadomie wybrany obszar działalności badawczej i komercyjnej, w którym konkurencja pozostaje w tyle. Firma nie próbuje natomiast wchodzić na szeroki rynek kosztownych, macierzowych detektorów stosowanych w technice wojskowej, chłodzonych do bardzo niskich temperatur za pomocą niewygodnych i drogich urządzeń.

Produkty naszej firmy są przeznaczone głównie na rynki światowe, tylko nieznaczna część produkcji jest wykorzystywana w Polsce, przeważnie w urządzeniach techniki wojskowej.

Jakie są Państwa prognozy odnośnie dalszego rozwoju rynku optoelektroniki i detektorów? W jakim kierunku będzie on ewoluował?

Józef Piotrowski: Spodziewamy się stałego powiększania rynku o produkowane i rozwijane przez nas detektory podczerwieni pracujące bez chłodzenia kriogenicznego, które znajdują coraz szersze zastosowania. Dla utrzymania się na tym rynku musimy opracować i wdrożyć nowe technologie, umożliwiające zautomatyzowaną produkcję tanich i coraz lepszych przyrządów. Ciągle prowadzimy badania nad naszymi produktami.

Wciąż udoskonalacie Państwo fotodetektory. Proszę przybliżyć naszym czytelnikom najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie.

Józef Piotrowski: Prowadzone prace badawczo-rozwojowe skutkują systematyczną poprawą funkcjonalnych i niezawodnościowych parametrów produkowanych przyrządów fotoelektrycznych – zwiększeniem ich czułości i szybkości działania, miniaturyzacją oraz wzrostem odporności na narażenia środowiskowe, w tym na bardzo wysokie przeciążenia mechaniczne i podwyższoną temperaturę pracy i przechowywania. Nowoczesne technologie przyczyniają się do zmniejszenia kosztów produkcji.

Najnowsze osiągnięcia to szerokopasmowe detektory dla spektroskopii fourierowskiej i laserowej, integracja urządzeń elektronicznych i detektorów we wspólnych obudowach zamkniętych hermetycznie, detektory o subnanosekundowej szybkości dla każdej długości fali, rozszerzenie zakresu widmowego detektorów pracujących bez chłodzenia kriogenicznego do 16 µm.

Co będzie największym wyzwaniem w najbliższych latach dla Państwa firmy oraz innych podmiotów o podobnym profilu działalności?

Józef Piotrowski: Rynek zaawansowanych technologii to ryzykowna dziedzina działalności gospodarczej, która przynosi wiele wyzwań. Zagrożeniem jest fakt przeznaczania w wielu państwach wielkich środków na rozwój zaawansowanych technologii optoelektronicznych i tworzenie kolejnych miejsc pracy w tym obszarze. Dotyczy to w szczególności Chin i innych nowych potęg gospodarczych. Inne zagrożenie to możliwość pojawienia się w konkurencyjnych ośrodkach przełomowych technologii, które pozwoliłyby na masową i tanią produkcję przyrządów o wysokich parametrach. Jedyną drogą przeciwstawienia się tym wyzwaniom jest ciężka praca załogi firmy prowadząca do zwiększenia konkurencyjności naszych produktów.

Co – poza głośnym wydarzeniem związanym z lądowaniem na Marsie łazika Curiosity, który ma na pokładzie detektory wyprodukowane przez Vigo System – było dla Państwa firmy najbardziej warte odnotowania w ostatnich miesiącach lub latach?

Józef Piotrowski: Detektory dla Curiosity były stosunkowo prostymi przyrządami o niezbyt wysokich parametrach funkcjonalnych i zostały skonstruowane zgodnie z koncepcjami rozwijanymi w Vigo przez ostatnie 20 lat. Musiały być przyrządami niezawodnymi; w kosmosie nie jest możliwa ich naprawa lub wymiana, a szkody spowodowane defektami byłyby bardzo duże. Z tego względu konieczne były dalsze badania oraz wprowadzenie nowych technik wytwarzania przyrządów i metod oceny ich niezawodności, wykorzystane później także w produkcji dla potrzeb ziemskich.

Znaczącym wydarzeniem dla firmy była budowa i zagospodarowanie nowego gmachu, który będzie centrum produkcyjnym i badawczo-rozwojowym firmy.

Rozpoczęliśmy badania nad wykorzystaniem alternatywnych do HgCdTe materiałów – w szczególności grafenu i półprzewodników supersieciowych. Grafen posłuży do konstrukcji niezwykle szybkich, chociaż niezbyt czułych przyrządów. Półprzewodniki supersieciowe mogą stać się podstawą masowej, taniej produkcji detektorów promieniowania o dowolnej długości fali. Znowu konieczne będzie opanowanie nowych technologii, bardzo złożonych i wymagających kosztownego sprzętu.

Rozwija się owocna współpraca naszej firmy z polskimi uczelniami i instytutami badawczymi, w szczególności z Wojskową Akademią Techniczną, Politechniką Warszawską i Politechniką Łódzką, warszawskim Instytutem Technologii Elektronowej, a także innymi instytucjami. 10 lat temu stworzyliśmy wspólnie z Wojskową Akademią Techniczną jedno z najnowocześniejszych na świecie laboratoriów badawczo-produkcyjnych. Był to w Polsce pionierski pomysł, którego efekty są trudne do przecenienia. Prace badawcze prowadzone w tym laboratorium są ściśle podporządkowane potrzebom rynku, w rezultacie to unikatowe połączenie nauki z przemysłem pozwala dotrzymywać kroku największym światowym producentom podzespołów fotonicznych. Obecnie, wobec pilnej konieczności podjęcia badań nad nowymi technologiami, zamierzamy powtórzyć to rozwiązanie, które przyniosło rewelacyjne rezultaty.

Rozmawiała Urszula Chojnacka
PAR

Profesor Józef Piotrowski, dyrektor ds. Badań i Rozwoju VIGO System – studiował początkowo fizykę na Uniwersytecie Warszawskim, a następnie biofizykę na Uniwersytecie Leningradzkim. Pracę zawodową rozpoczął w Wojskowej Akademii Technicznej na Wydziale Chemii i Fizyki Technicznej, gdzie pracował do 1994 r. Tam uzyskał kolejne stopnie i tytuły naukowe. W latach 1994–1999 był zatrudniony w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, a następnie w Wojskowym Instytucie Technicznym Uzbrojenia (1998–2007) i Politechnice Łódzkiej (2007–2012). Odbywał również długookresowe staże naukowe, najważniejsze z nich w Jugosławii, Australii, USA i Indiach. Drugim miejscem pracy od 1998 r. była firma VIGO System, która od 2012 r. jest jedynym miejscem zatrudnienia. Główny obszar działalności badawczej i wdrożeniowej to teoria, konstrukcja i technologia detektorów bliskiej, średniej i dalekiej podczerwieni. Rezultatem tej działalności jest również opracowanie unikalnych konstrukcji i technologii detektorów podczerwieni pracujących bez chłodzenia kriogenicznego. Przyrządy te zostały wdrożone do produkcji w VIGO System i eksportowane do wszystkich rozwiniętych krajów. Jest autorem lub współautorem ponad 300 publikacji, monografii i książek oraz 32 patentów.

Maciej Rzeczkowski, kierownik Wydziału Elektroniki VIGO System – studiował na Politechnice Warszawskiej na Wydziale Mechatroniki. W latach 1994–1997 pracował jako konstruktor w Laser Instruments. Specjalizował się w opracowaniu konstrukcji laserów medycznych dużej mocy. W latach 1997–1999 pracował w VIGO System jako konstruktor. Od 2000 r. do dnia dzisiejszego jest kierownikiem Wydziału Elektroniki w VIGO System. Nadzoruje prace badawczo-rozwojowe i produkcję urządzeń optoelektronicznych przeznaczonych do detekcji dalekiej podczerwieni. Główne obszary prac to rozwój modułów detekcyjnych i elektroniki towarzyszącej detektorom produkowanym w VIGO System oraz rozwój i produkcja kamer termograficznych. Jest współtwórcą skanującej kamery termograficznej V-20 i następnych wykonanych w oparciu o detektory mikrobolometryczne serii VIGOcam.

źródło: PAR