10 невероятных научно-технических применений звука
Рассматривая технологии будущего, мы часто упускаем из виду область, отмеченную невероятным развитием: акустику. Этот звук оказался одним из фундаментальных структурных элементов будущего. Наука использует его
Когда мы думаем о технологиях будущего, мы часто упускаем из виду область, в которой достигнут невероятный прогресс: акустику. Этот звук оказался одним из фундаментальных структурных элементов будущего. Наука сделала с ним невероятные вещи, гарантируя, что в будущем мы сможем слышать и видеть гораздо больше.
Охлаждение
Группа ученых из Университета Пенсильвании при содействии компании Ben and Jerry’s создала холодильник, который использует звук для охлаждения продуктов. Это основано на принципе, что звук нагревает и охлаждает соответственно, при этом волны сжимают и расширяют окружающий воздух. Как правило, звуковые волны изменяют температуру менее чем на 1/10000 градуса, но если газ находится под давлением в 10 бар, результат будет гораздо сильнее. SO -Calcled heat -Bodied Refrigerators сжимают газ в камере хладагента, который срабатывает со звуком 173 децибел и производит тепло. Внутри камеры ряд металлических пластин на пути звуковых волн поглощает тепло и возвращает его в систему теплообмена. Тепло удаляется, и содержимое холодильника охлаждается.
Система была разработана как экологически чистая альтернатива современным холодильникам. В отличие от обычных моделей, использующих химические холодильники в ущерб атмосфере, тепловые охладители хорошо работают с неактивными газами, такими как солнце. Когда солнце найдено, оно просто уходит из атмосферы, что делает новую технологию более экологичной, чем любая другая технология на рынке. По мере развития технологии ее разработчики надеются, что термоакустическая модель со временем превзойдет традиционные холодильники во всех областях.
Ультразвуковая сварка
Ультразвук используется для сварки пластмасс с 1960-х годов. Метод основан на сжатии двух термопластичных материалов на специальном приспособлении. Затем ультразвуковые волны передаются через прием, что вызывает колебания в молекулах, вызывая трение и генерируя тепло. Наконец, две части свариваются вместе равномерно и прочно.
Как и многие технологии, она была обнаружена по ошибке. Роберт Солофф работал над технологией ультразвукового запечатывания и случайно коснулся распределителя липкой пленки на столе, оснащенном датчиками. В конце концов, две части распределителя были приварены друг к другу, и Солофф понял, что звуковые волны могут преодолевать углы и стороны твердого пластика и достигать внутренней части. После этого открытия Солофф и его коллеги разработали и запатентовали метод ультразвуковой сварки.
С тех пор ультразвуковая сварка широко используется во многих отраслях промышленности. От подгузников до автомобилей — этот метод используется для соединения пластмасс повсюду. Недавно они экспериментировали с ультразвуковой сваркой специальной одежды. Такие компании, как Patagonia и Northface, уже используют сварные швы на одежде, но только прямые, а это очень дорого. В настоящее время ручной шов остается самым простым и гибким методом.
Кража информации о кредитках
Ученые нашли способ передавать данные с компьютера на компьютер, используя только звук. К сожалению, этот метод также эффективен для передачи вирусов.
Эксперту по безопасности Драгошу Рую пришла в голову идея, когда он заметил нечто странное на своем MacBook Air: после установки OS X его компьютер самопроизвольно загружал что-то другое. Это был очень мощный вирус, который мог стирать данные и изменять их по своему усмотрению. Даже после удаления, переустановки и переформатирования всей системы проблема сохранялась. Наиболее убедительным объяснением бессмертия вируса было то, что он находился в BIOS и оставался там независимо от манипуляций. Другая теория, менее вероятная, заключается в том, что вирус использовал высокочастотные передачи между динамиком и микрофоном для передачи данных.
Эта причудливая теория казалась маловероятной, но оказалась по крайней мере возможной, когда в немецкой лаборатории нашли способ воспроизвести это явление. Используя программное обеспечение, разработанное для подводной связи, ученые создали прототип вредоносной программы, которая передавала данные между неподключенными ноутбуками с помощью динамиков. В ходе испытаний ноутбуки могли общаться на расстоянии до 20 метров. Подобно ретрансляторам Wi-Fi, радиус действия можно увеличить, подключив зараженное устройство к сети.
К счастью, такая передача голоса происходит очень медленно, достигая скорости 20 бит в секунду. Этого недостаточно для передачи больших пакетов данных, но достаточно для передачи такой информации, как нажатие клавиш, пароли, номера кредитных карт и ключи шифрования. Современные вирусы могут делать все это быстрее и лучше, поэтому новые акустические системы вряд ли станут распространенными в ближайшем будущем.
Акустические скальпели
Врачи уже используют звуковые волны для таких медицинских процедур, как УЗИ и разрушение камней в почках, но ученые из Мичиганского университета создали акустический скальпель, который может даже разделять отдельные клетки. Нынешняя ультразвуковая технология производит луч с фокусом всего в несколько миллиметров, но новый инструмент имеет точность 75 x 400 микрометров.
Эта техника склеивания известна с конца 1800-х годов, но новый скальпель стал возможен благодаря использованию линз, заключенных в углеродные нанотрубки и материал под названием полидиметилсилоксан, который преобразует свет в звуковые волны высокого давления. При правильной фокусировке звуковые волны создают ударные волны и микропузырьки, которые оказывают давление на микроскопическом уровне. Технология была протестирована путем расщепления клеток рака яичников и сверления 150-микрометровых отверстий в искусственных камнях почек. Разработчики технологии считают, что со временем ее можно будет использовать для доставки лекарств и удаления небольших раковых опухолей и бляшек. Его можно даже использовать для проведения безболезненных операций, поскольку ультразвуковые лучи могут избегать нервных клеток.
Подзарядка телефона голосом
С помощью нанотехнологий ученые пытаются извлечь энергию из различных источников. Одной из таких задач является создание устройств, не требующих подзарядки. Компания Nokia запатентовала устройство, поглощающее кинетическую энергию.
Это связано с тем, что звук — это просто сжатие и расширение газов в воздухе, поэтому движение может быть жизнеспособным источником энергии. Ученые экспериментируют с возможностью заряжать мобильный телефон во время его использования, например, во время телефонного звонка. В 2011 году ученые из Сеула получили наноформованный оксид цинка, установленный между двумя электродами для извлечения электричества из звуковых волн. Технология имеет потенциал для генерации 50 милливольт от простого перемещения шума автомобиля. Этого недостаточно для зарядки большинства электроприборов, но в прошлом году инженеры из Лондона решили создать устройство, вырабатывающее 5 вольт. Этого уже достаточно для зарядки телефона.
Зарядка мобильных телефонов с помощью звука — хорошая новость для акустических систем, но она может оказать серьезное влияние на развивающиеся страны. Звук может быть преобразован в электричество с помощью той же технологии, которая сделала возможным существование тепловых холодильников. Score Clove — это кухня, холодильник, который получает энергию от приготовления пищи на топливе из биомассы и производит небольшое количество электроэнергии — 150 ватт. Не так много, но достаточно, чтобы обеспечить энергией планету с 1,3 миллиарда человек, не имеющих доступа к электричеству.
Превратить тело человека в микрофон
Диснеевские ученые создали устройство, которое превращает человеческое тело в микрофон. Названный «исин-ден-син» по японскому выражению, означающему общение путем неявного понимания, он может передавать записанные сообщения, просто прикоснувшись к уху другого человека.
Устройство активирует микрофон, подключенный к компьютеру. Когда кто-то говорит в микрофон, компьютер сохраняет речь в виде дублирующей регистрации, которая превращается в слабый слуховой сигнал. Этот сигнал передается по кабелю от микрофона к телу человека, которое удерживает его и создает ухоженное электростатическое поле, вызывающее небольшие вибрации, когда человек прикасается к чему-либо. Когда человек прикасается к уху другого человека, слышна вибрация. Если группа людей находится в физическом контакте, они могут даже передаваться от человека к человеку.
Шпионаж
Иногда наука создает вещи, о которых может мечтать даже Джеймс Бонд. Ученые из Массачусетского технологического института, Microsoft и Adobe разработали алгоритмы, которые могут считывать пассивные звуки объектов, не вибрирующих на видео. Эти алгоритмы анализируют тончайшие вибрации, которые создают звуковые волны на поверхностях, и делают их слышимыми. В ходе экспериментов они смогли прочитать акустическую речь из пакета с чипсами, находящегося на расстоянии 4,5 метров за звуковым стеклом.
Для достижения наилучших результатов алгоритм требует высокоскоростной камеры, так как частота кадров видео выше частоты звука. Но и обычную цифровую камеру можно использовать, например, для определения количества людей в комнате, их пола и, возможно, даже личности. Новые технологии имеют очевидное применение в криминалистике, правоохранительных органах и шпионской войне. С помощью этой технологии можно просто достать цифровую камеру и узнать, что происходит за окном.
Акустическая маскировка
Ученые создали устройство, которое может скрывать предметы от звука. Он выглядит как странная пирамида с отверстиями, но его форма отражает звук так, как если бы он отражался на плоской поверхности. Когда эта акустическая мантия помещается на плоскую поверхность объекта, это делает его неуязвимым для звука, независимо от угла, под которым звук направлен.
Такая накидка не помешает услышать разговор, но может быть полезна в концертных залах или других местах, где объекты необходимо скрыть от звуковых волн. С другой стороны, армия уже разместила эту скрытую от глаз пирамиду, например, из-за ее способности скрывать объекты от гидролокатора. Акустическая маскировка может сделать его невидимым для подводного обнаружения, поскольку звук распространяется под водой почти так же хорошо, как и в воздухе.
Притягивающий луч
На протяжении многих лет ученые действительно пытались внедрить технологии из «Звездного пути», такие как радиус притяжения, который можно использовать для зарождения и притяжения определенных объектов. Много исследований было посвящено тепловым лучам, проходящим сквозь объекты, но эта технология ограничена размерами в несколько миллиметров. Однако ультразвуковые ловушки оказались способны перемещать крупные объекты на расстояние до 1 см. Возможно, это все еще мало, но новые пучки имеют в миллиарды раз большую мощность, чем старые работы.
Фокусируя два ультразвуковых луча на одной цели, можно толкать объекты к источнику луча, думая, что волны идут в противоположном направлении (объект как бы отскакивает назад в волны). Ученым пока не удалось создать лучший тип волны для своей техники, но они продолжают работать. В будущем эта техника может быть использована непосредственно для управления объектами и жидкостями в человеческом теле. В случае с наркотиками это может оказаться необходимым. К сожалению, звук не распространяется в пустоте космоса, поэтому маловероятно, что эта технология может быть применена для управления космическими кораблями.
Тактильные голограммы
Наука также работает над еще одним творением «Звездного пути» — общим посвящением. Технология голограмм не является чем-то новым, но она не имеет доступа к умным проявлениям научно-фантастических фильмов. Действительно, самые важные особенности, которые действительно отделяют чудесные голограммы от сенсорных. Они остаются точными. Инженеры из Бристольского университета разработали технологию SO -Calcled Ultraptics, которая может передавать ощущение прикосновения.
Чтобы облегчить управление конкретными жестами, первоначально технология была разработана для силовых движений кожи. Например, инженер с грязными руками может пролистать руководство по эксплуатации. Технология должна придать сенсорному экрану ощущение естественной страницы.
Технология использует звук для генерирования вибраций, воспроизводящих ощущения от прикосновения, что может привести к разным уровням чувствительности. Вибрация с частотой 4 ГГц похожа на сильный дождь, а вибрация с частотой 125 ГГц — на прикосновение пены. Единственным недостатком в настоящее время остается то, что эти частоты могут быть слышны собакам, но разработчики утверждают, что это можно исправить.
В настоящее время они совершенствуют устройства, генерирующие виртуальные формы, такие как сферы и пирамиды. На самом деле, они не являются виртуальными фигурами. Они основаны на датчиках, которые отслеживают движения ваших рук и генерируют соответствующие звуковые волны. Пока этим объектам не хватает детализации и некоторой точности, но дизайнеры говорят, что однажды технология будет совместима с видимыми голограммами, позволяя человеческому мозгу компоновать их в единое изображение.
