Як наука використовує звук

Акустика, чувак, це не вид гітари, не те, що доноситься з сабвуфера, змушуючи розвалюватися свою «сімку» на частини, а напрям, який витягне сучасну науку на зовсім інший рівень. Так-так, і на звуці можна побудувати «місто-сад». А поки, в сьогоденні, почитай суто наукову статтю про те, як зараз хитрі вчені використовую звук у своїх наукових дослідженнях.

1. Охолодження

Команда дослідників з Університету штату Пенсільванія зробила холодильник, який охолоджує їжу звуком. Принцип роботи здасться простим для кожного, хто має уявлення про фізику: звукові хвилі стискають і розширюють повітря навколо них, відповідно сам повітря охолоджується або розширюється. Як правило, звукові хвилі не впливають на температуру не більше 1/10000 градуси, але набагато більшого ефекту можна досягти, помістивши газ всередину холодильника під тиском близько 10 атмосфер. В результаті отримуємо термоакустіческой морозильник, який стискає газ в своїй камері охолодження і піддає його більш ніж 173 децибелам звуку, виробляючи тепло.

Всередині металеві пластини, що зустрічаються на шляху звукових хвиль, що поглинають тепло і передають його в систему теплообмінника.

Система була розроблена як більш екологічна альтернатива традиційним холодильників. На відміну від традиційних моделей, що використовують хімічні холодоагенти, які всіма правдами і неправдами псують атмосферу, термоакустіческой холодильник працює дуже добре з інертними газами начебто гелію. Якщо гелій кудись витікає, то він просто повертається в атмосферу. Нічого простіше і екологічніше в світі холодильників ще не придумали. Правда, в плані надійності термоакустіческой рефрижератори сильно поступаються старим добрим «шкідливим» холодильникам.

2. Зварювання

Ультразвукові хвилі були використані для зварювання пластмас ще в 1960 році. Працює це шляхом стиснення двох термопластичних матеріалів разом на вершині опори. Ультразвукові хвилі потім змушують їх молекули активно рухатися, в результаті чого під дуже високою температурою виникає тертя. В підсумку два шматка пластмаси тануть дуже рівномірно і красиво.

Як і безліч інших відкриттів, це було зроблено цілком випадково. Роберт Солофф (ну, ви зрозуміли, якою країні зобов’язані його предки) працював з ультразвуковим устаткуванням. Ну і, як водиться, неакуратний Роберт торкнувся зондом дозатора для скотча, що стояв на столі. В результаті цього дві половинки склеїлися. Після усвідомлення, що рівномірно нагріте пластик може гнутися, як суглоб, на всі боки, Солофф запатентував відкриття і став насолоджуватися своїм тріумфом, так як ультразвукове зварювання знайшла широке застосування в багатьох галузях промисловості – від виробництва іграшок до автомобілів. Останнім часом ВМС США почали експериментувати з використанням цієї технології, щоб зробити «зварні шви» для своїх мундирів. Якщо матеріал одягу термопластичний, як нейлон, ультразвукова зварка може бути використана для швів, які сильніше і з кращою теплоізоляцією, ніж традиційні. Але є одна проблема: зроблені старим дідівським способом шви надійніше і дешевше, ніж термопластичні. Так що про повсюдне впровадження технології можна поки навіть не думати.

3. Кредитки і банки

Тут, що називається, не було б щастя, та нещастя допомогло. Дослідники знайшли спосіб передавати дані з комп’ютера на комп’ютер, використовуючи один лише звук. Правда, є одне АЛЕ: це дуже ефективний спосіб для передачі вірусів. Консультант з безпеки Драгош Руйу прийшов до такої ідеї, помітивши щось дивне з його MacBook Air: після установки OS X комп’ютер оновив свою завантажувальну прошивку спонтанно. Виявилося, це був дуже потужний вірус, який може призвести до видалення даних і вносити зміни за своїм бажанням. Навіть після видалення, переустановлення і переналагодження всієї системи підступний вірус залишився сидіти в комп’ютері. Найбільш правдоподібна теорія безсмертя вірусу говорила про те, що жив він в BIOS. Інша, малоймовірна теорія, полягала в тому, що вірус проник з допомогою високочастотних передач, коли і передавалися дані між колонками і мікрофонами.

Це здавалося дурницею до тих пір, поки один німецький інститут не знайшов спосіб відтворювати цей ефект. На підставі розробленого програмного забезпечення для підводного зв’язку був зроблений прототип шкідливих програм, який відправили через немережеві ноутбуки, використовуючи тільки свої колонки. У тестах ноутбуки могли «спілкуватися». Ну, а якщо зв’язати всі заражені пристрою мережею, на зразок Wi-Fi, то діапазон може спокійно розширитися. Доброю новиною є те, що акустична передача відбувається вкрай повільно, досягаючи лише 20 біт в секунду. Хоча цього недостатньо для передачі великих пакетів, але вистачить, щоб відправити паролі, номери кредитних карт і ключів шифрування. Правда, віруси не дрімають, і немає ніякої гарантії, що незабаром і цей спосіб впаде під ударами жорстоких вірусів.

4. Скальпель

Лікарі вже давно використовують акустичні хвилі для таких медичних процедур, як УЗД і дроблення каменів в нирках, однак дослідники з Університету штату Мічиган зробили акустичний скальпель, причому настільки точний, що їм можна відокремити одну клітку. Сучасна технологія сфокусованого ультразвуку може створювати тільки промінь, який має фокусною плямою приблизно в кілька міліметрів, а у нового інструменту точність у 75 х 400 мікрометрів. Для порівняння… Для порівняння залізь в підручник і дізнайся, яка різниця між міліметрами та мікрометра.

Теоретично технологія була відома ще з кінця 1800-х років, та тільки не було технічної можливості створити «звуковий ніж». Вийшло тільки нещодавно, за допомогою лінз з покриттям з вуглецевих нанотрубок і матеріалу під назвою полідиметилсилоксан для перетворення світла в звукові хвилі високого тиску. Щільно сфокусовані акустичні хвилі створюють ударні хвилі і мікропухирців, які чинять тиск на мікроскопічному рівні. Але нам насправді плювати на всі ці терміни, нам головне, щоб користь була. І вона ніби є, бо скальпель вже був протестований і зміг від’єднати одну клітку раку яєчників, а також пробурити отвір розміром в 150 мікрометрів в штучному нирковому камені. Розробники сподіваються, що він згодом зможе використовуватися для введення лікарських препаратів або для усунення невеликих ракових пухлин або бляшок. Цілком можливо, що скальпель зможе виконувати ці операції безболісно, так як промінь настільки точний, що може уникнути контакту з нервовими клітинами. Так що будемо дивитися з завмиранням серця і сподіватися, що цей спосіб як можна швидше запровадять стоматологи, і похід до них не буде таким болючим.

5. Диснеївський мікрофон

Дослідники з «Діснея» створили пристрій, який перетворює людське тіло в мікрофон. Це пристрій, названое «Ішин-Ден-Шин», що в перекладі c мови «Країни Висхідного Сонця» позначає «спілкування через негласне порозуміння», дозволяє людині мовчки передати записане повідомлення, просто торкнувшись вуха іншої людини.

Пристрій, який вони зробили, включає в себе мікрофон, приєднаний до комп’ютера. Коли хтось говорить у мікрофон, комп’ютер зберігає звук як подвійний запис, яка потім перетвориться в нечутний сигнал. Цей сигнал передається за допомогою дроту, підключеного до мікрофона. Сигнал передається від мікрофона до тіла будь-якої людини, яка його тримає. В результаті створюється модульоване електростатичне поле, яке викликає крихітні коливання, якщо людина доторкається до чого-небудь. Вібрацію можна почути, якщо доторкнутися до вуха іншої людини. Її навіть можна передавати по ланцюжку від людини до людини, якщо група знаходиться у фізичному контакті. А ще такий спосіб спілкування дуже зближує.

6. Зчитування голоси

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту, Microsoft і Adobe розробили алгоритм, який може зчитувати пасивні звуки з неживих об’єктів на відео. Їх алгоритм аналізує непомітні коливання, які акустичні хвилі створюють на поверхнях і роблять їх чутними. В ході одного експерименту з пачкою чіпсів була відновлена виразна мова, записана на відстані 4,5 метрів через звуконепроницаемое скло.

Для найкращих результатів алгоритму кількість кадрів в секунду відеопотоку повинно перевищувати частоту аудіосигналу, що вимагає високошвидкісної камери. Так що тут потрібна не якась там мильниця, а як мінімум цифрова камера, для того щоб визначати кількість людей, які розмовляють в кімнаті, їх стать і, можливо, навіть їх особистості. Нова технологія володіє очевидними застосуваннями для судово-медичної експертизи, правоохоронних органів і шпигунських воєн. З допомогою неї все, що потрібно зробити, – це направити високошвидкісний цифровий фотоапарат у вікно, щоб записати те, що відбувається всередині. Одним словом, Джеймс Бонд та Інспектор Гаджет схвалюють.

7. Маскування

Дослідники створили пристрій, який може приховувати об’єкти від звуку. Воно виглядає як химерна піраміда з безліччю дірочок, однак така форма змінює траєкторію звукових хвиль так, щоб вона відповідала тому, як вона виглядала б, якщо б вони відбивалися від плоскої поверхні. Якщо помістити акустичну маскування на об’єкт на плоскій поверхні, він буде недосяжний для звуку незалежно від того, під яким кутом ти на нього дивишся.

Ця технологія здатна об’єднувати об’єкти в місцях, де акустика володіє великим значенням. Наприклад, концертні зали. Раптом знадобиться для якого-небудь ефектного шоу. Але є одне АЛЕ: субсидії на дослідження були отримані від американських військових, тому, швидше за все, воно буде використовуватися в суто демократичних цілях: у боротьбі з несправедливістю і відсутності всієї нафти в жадібних американських лапах. Пристрій не утримує звук всередині, але воно може приховувати об’єкти від систем виявлення, заснованих на звуці, таких як сонари. Оскільки звук проходить під водою таким же чином, як і в повітрі, акустична маскування може в кінцевому підсумку допомагати підводним човнам залишатися невидимими для систем виявлення.

8. Зарядка для телефону

Нанотехнології використовуються для збору енергії з різних джерел для вироблення електроенергії. Однією з їх цілей є створення пристроїв, які не потрібно буде заряджати. Зокрема, компанія «Nokia» навіть запатентувала пристрій, який отримує енергію від руху користувача.

По суті своїй звук є потенційним джерелом енергії. Дослідники експериментують з методами, за допомогою яких можна заряджати мобільний телефон, розмовляючи по ньому. У 2011 році дослідники з Сеула використовували нано-стрижні оксиду цинку, затиснуті між двома електродами, для вироблення електроенергії звукових хвиль. Технологія змогла згенерувати 50 мілівольт завдяки обсягом шумного трафіку. Цього недостатньо для зарядки більшості електричних пристроїв, тим не менш торік колеги з Лондона підхопили ідею і змогли створити пристрій, який може виробляти 5 вольт, чого цілком достатньо, щоб зарядити телефон.

Звичайно, це прекрасна новина для любителів Android. Вже хто-хто, а «андроїди» знають толк в тому, як розрядитися в самий невідповідний момент.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: