10 невероятни научни и технологични приложения на звука
Когато мислим за технологиите на бъдещето, често пренебрегваме областта, в която се наблюдава невероятен напредък: акустиката. Звукът се оказва един от основните градивни елементи на бъдещето. Науката го използва, за да прави невероятни неща и можете да се обзаложите, че ще чуем и видим много повече в бъдеще.
Охлаждане
Екип от учени от Университета на Пенсилвания, с подкрепата на Ben and Jerry's, създаде хладилник, който охлажда храната с помощта на звук. Основава се на принципа, че звуковите вълни компресират и разширяват въздуха около тях, което съответно го нагрява и охлажда. По правило звуковите вълни променят температурата с не повече от 1/10 000 от градуса, но ако газът е под налягане от 10 атмосфери, ефектите ще бъдат много по-силни. Така нареченият термоакустичен хладилник компресира газа в охладителна камера и го взривява със 173 децибела звук, генерирайки топлина. Вътре в камерата поредица от метални пластини по пътя на звуковите вълни абсорбират топлината и я връщат към топлообменната система. Топлината се отстранява и съдържанието на хладилника се охлажда.
Тази система е разработена като по-екологична алтернатива на модерните хладилници. За разлика от традиционните модели, които използват химически хладилни агенти за сметка на атмосферата, термоакустичният хладилник работи чудесно с инертни газове като хелий. Тъй като хелият просто напуска атмосферата, ако внезапно навлезе в нея, новата технология ще бъде по-екологична от всяка друга на пазара. С напредването на тази технология нейните дизайнери се надяват, че термоакустичните модели в крайна сметка ще надминат традиционните хладилници във всяко отношение.
ултразвуково заваряване
Ултразвуковите вълни се използват за заваряване на пластмаси1960 г. Този метод се основава на компресирането на два термопластични материала върху специално приспособление. След това през камбаната се прилагат ултразвукови вълни, които предизвикват вибрации в молекулите, което от своя страна води до триене, което генерира топлина. В крайна сметка двете части са заварени заедно равномерно и здраво.
Подобно на много технологии, тази е открита случайно. Робърт Солоф работеше върху технологията за ултразвуково запечатване, когато случайно насочи дозатора на тиксо върху масата. В резултат на това двете части на дозатора бяха запоени заедно и Солоф осъзна, че звуковите вълни могат да обикалят ъглите и страните на твърдата пластмаса, достигайки до вътрешните части. След откритието Солоф и колегите му разработват и патентоват ултразвуков метод за заваряване.
Оттогава ултразвуковото заваряване намери широко приложение в много индустрии. От пелени до автомобили, този метод е повсеместен за свързване на пластмаси. Напоследък дори експериментират с ултразвуково заваряване на шевове на специализирани облекла. Компании като Patagonia и Northface вече използват заварени шевове в дрехите си, но само прави, а това е много скъпо. В момента най-простият и най-универсален метод все още е ръчното шиене.
Кражба на информация за кредитна карта
Учените откриха начин да прехвърлят данни от компютър на компютър, използвайки само звук. За съжаление този метод се оказа ефективен и при предаване на вируси.
Специалистът по сигурността Dragos Ruiu получи идеята, след като забеляза нещо странно със своя MacBook Air: след като инсталира OS X, компютърът му спонтанно стартира нещо друго. Това беше много мощен вирус, който можеше да изтрива данни и да прави промени по желание. Дори след катодеинсталиране, преинсталиране и преконфигуриране на цялата система проблемът остана. Най-правдоподобното обяснение за безсмъртието на вируса беше, че той живееше в BIOS и оставаше там въпреки всички операции. Друга, по-малко вероятна теория беше, че вирусът използва високочестотни предавания между високоговорителите и микрофона, за да манипулира данни.
Тази странна теория изглеждаше невероятна, но беше доказана поне по отношение на възможността, когато Германският институт намери начин да възпроизведе този ефект. Въз основа на софтуера, разработен за подводни комуникации, учените разработиха прототип на злонамерен софтуер, който предава данни между лаптопи, които не са свързани с мрежата, използвайки своите високоговорители. При тестове лаптопите можеха да комуникират на разстояние до 20 метра. Обхватът може да бъде разширен чрез свързване на заразени устройства в мрежа, подобно на Wi-Fi повторители.
Добрата новина е, че това акустично предаване е изключително бавно, достигайки скорост от 20 бита в секунда. Въпреки че това не е достатъчно за прехвърляне на големи пакети данни, достатъчно е за прехвърляне на информация като натискания на клавиши, пароли, номера на кредитни карти и ключове за криптиране. Тъй като съвременните вируси могат да направят всичко това по-бързо и по-добре, е малко вероятно новата система от високоговорители да стане популярна в близко бъдеще.
Акустични скалпели
Лекарите вече използват звукови вълни за медицински процедури като ултразвук и унищожаване на камъни в бъбреците, но учени от Мичиганския университет създадоха акустичен скалпел, който може да изреже дори една клетка с прецизност. Съвременните ултразвукови технологии позволяват да се създаде лъч с фокус от няколко милиметра, но новият инструмент вече има точност от 75 на 400 микрометра.
Общата технология е известна от края на 1800 г., но новият скалпел е възможен благодарение на използването на леща, обвита във въглеродни нанотръби и материал, наречен полидиметилсилоксан, който преобразува светлината в звукови вълни под високо налягане. Когато са правилно фокусирани, звуковите вълни създават ударни вълни и микромехурчета, които упражняват натиск на микроскопично ниво. Технологията е тествана чрез изолиране на една клетка от рак на яйчника и пробиване на 150-микрометров отвор в изкуствен бъбречен камък. Авторите на технологията смятат, че тя най-накрая може да се използва за доставяне на лекарства или премахване на малки ракови тумори или плаки. Може дори да се използва за извършване на безболезнени операции, тъй като такъв ултразвуков лъч може да избегне нервните клетки.
С помощта на нанотехнологиите учените се опитват да извличат енергия от различни източници. Една от тези задачи е да се създаде устройство, което не се нуждае от зареждане. Nokia дори патентова устройство, което абсорбира енергията от движение.
Превърнете човешкото тяло в микрофон
Учени от Disney направиха устройство, което превръща човешкото тяло в микрофон. Наречен „ishin-den-shin“ след японски израз, означаващ комуникация чрез неизречено разбирателство, той позволява на някой да достави записано съобщение просто като докосне ухото на друг човек.
Това устройство включва микрофон, свързан към компютър. Когато някой говори в микрофона, компютърът съхранява речта при повторение, която след това се преобразува в едва доловим сигнал. Този сигнал преминава надолу по жицата от микрофона до тялото на всеки, който го държи, и произвежда модулирано електростатично поле, което причинява малки вибрации, ако човекът докосне нещо.опасения. Вибрации могат да се чуят, ако човек докосне ухото на някой друг. Те дори могат да се предават от човек на човек, ако група хора са във физически контакт.
акустично маскиране
Учените създадоха устройство, което може да скрие предмети от звук. Прилича на странна пирамида с дупки, но формата й отразява траекторията на звука, сякаш отскача от равна повърхност. Ако поставите тази акустична маскировка върху обект върху равна повърхност, тя ще бъде имунизирана срещу звука, независимо от какъв ъгъл насочвате звука.
Въпреки че това наметало може да не предотврати подслушването, то може да бъде полезно на места, където даден обект трябва да бъде скрит от акустични вълни, като например концертна зала. От друга страна, военните вече са хвърлили око на тази камуфлажна пирамида, тъй като има потенциала да скрие обекти от сонари, например. Тъй като звукът се разпространява почти толкова добре под вода, колкото и във въздуха, акустичното маскиране може да направи подводниците невидими за откриване.
тракторна греда
В продължение на много години учените се опитват да съживят технологиите от Стар Трек, включително притегателния лъч, с който можете да улавяте и привличате определени неща. Въпреки че доста изследвания са фокусирани върху оптичен лъч, който използва топлина за преместване на обекти, тази технология е ограничена до размер на обекти от няколко милиметра. Ултразвуковите тракторни лъчи обаче са доказали, че могат да преместват големи предмети – с ширина до 1 сантиметър. Може все още да е малък, но новият лъч има милиарди пъти повече мощност от старите.
Чрез фокусиране на два ултразвукови лъча върху цел, обектът може да бъде избутанкъм източника на лъча, разпръсквайки вълните в обратната посока (обектът сякаш подскача върху вълните). Въпреки че учените все още не са успели да създадат най-добрия вид вълна за тяхната техника, те продължават да работят. В бъдеще тази технология може да се използва директно за манипулиране на предмети и течности в човешкото тяло. За медицината той може да бъде незаменим. За съжаление звукът не се разпространява във вакуума на космоса, така че технологията едва ли ще бъде приложима за управление на космически кораби.
Тактилни холограми
Науката работи и върху друго творение на Стар Трек, холодека. Въпреки че в холограмната технология няма нищо ново, в момента нямаме толкова гениални нейни проявления, каквито показват научнофантастичните филми. Вярно е, че най-важната характеристика, която разделя фантастичните холограми от реалните, е тактилното усещане. Те останаха, за да бъдем точни. Инженери от университета в Бристол са разработили така наречената технология UltraHaptics, която е в състояние да предава тактилни усещания.
Технологията първоначално е проектирана да прилага сила върху кожата ви, за да улесни управлението с жестове на определени устройства. Механик с мръсни ръце, например, може да прелисти ръководството за експлоатация. Технологията трябваше да даде на сензорните екрани усещането за физическа страница.
Тъй като тази технология използва звук за генериране на вибрации, които възпроизвеждат усещането при докосване, нивото на чувствителност може да се променя. 4 Hz вибрации са като тежки дъждовни капки, докато 125 Hz вибрации са като докосване на пяна. Единственият недостатък засега е, че тези честоти се чуват от кучета, но според дизайнерите това е поправимо.
Сегате усъвършенстват устройството си, за да произвеждат виртуални форми като сфери и пирамиди. Вярно, това не са съвсем виртуални форми. В основата на тяхната работа са сензори, които следват ръката ви и съответно формират звукови вълни. В момента тези обекти нямат детайли и известна прецизност, но дизайнерите казват, че един ден технологията ще бъде съвместима с видима холограма и човешкият мозък ще може да ги събере в една картина.