Podíl:
10 z nejvíce neuvěřitelných věcí Věda dělá se zvukem
Když přemýšlíme o budoucnosti technologie, často přehlížíme pole, které dělá neuvěřitelné pokroky - akustika. Zvuk se jeví jako jeden ze základních stavebních kamenů budoucnosti. Věda ji využívá k tomu, aby dělala spoustu skvělých věcí než kdy jindy, a v nadcházejících letech se o tom dozvíme mnohem víc.
10 Chlazení
Tým výzkumníků z Penn State University, sponzorovaný Benem a Jerrym, udělal ledničku, která chladí potravu se zvukem. Pracuje na principu, že zvukové vlny komprimují a rozšiřují vzduch kolem nich, což ohřívá a ochlazuje vzduch. Normálně, zvukové vlny ovlivňují teploty ne více než 1/10 000 stupňů, ale mnohem větší účinky mohou být tím, že se plyn umístí do chladničky pod mnohem větší tlak - asi 10 atmosfér. Tepelně akustická mraznička, jak se tomu říká, natlakuje plyn uvnitř své chladicí komory a vypálí ji více než 173 decibelů zvuku, které generují teplo. Uvnitř řady kovových desek v cestě zvukových vln pohlcuje teplo a dodává je do systému výměníku tepla. Teplo je odstraněno a obsah chladničky je chlazen.
Systém byl vyvinut jako ekologičtější alternativa k tradičním ledničkám. Na rozdíl od tradičních modelů, které používají chemické chladivo, které poškozují atmosféru, funguje termoakustická lednička velmi dobře s inertními plyny, jako je hélium. Vzhledem k tomu, že hélium unikne z atmosféry, pokud unikne, způsobí, že nová technologie bude mnohem ekologičtější než všechno, co je v současné době na trhu. Jak věda pokročila, její návrháři doufají, že termoakustické modely nakonec překonou konvenční chladničky z hlediska spolehlivosti, protože mají méně pohyblivých částí, aby se rozpadli.
9Ultrasonické svařování
Ultrazvukové vlny se používají k svařování plastů od šedesátých let. Funguje tím, že se na horní část kovadliny spojují dva termoplastické materiály. Ultrazvukové vlny jsou pak přiváděny přes roh, který vibruje jejich molekuly, což způsobuje tření, které způsobuje teplo. Konečným výsledkem jsou dva kusy roztavené velmi rovnoměrně a silně.
Stejně jako mnoho technologií se objevilo náhodou. Robert Soloff pracoval na technologii ultrazvukového utěsňování fólií, když sonda, kterou držela, se náhodou dotkla dávkovače na stůl. Nehoda svařila dvě poloviny dávkovače dohromady, což ho uvědomilo, že zvukové vlny mohou cestovat podél rohů a stran tuhých plastů, aby dosáhly kloubů. Na jeho objevu Soloff a jeho kolegové vyvinuli a patentovali to, co nazývali metodou ultrazvukových stakingů.
Od té doby se ultrazvukové svařování nachází v mnoha průmyslových odvětvích. Od plenky po automobily se technologie používá všude tam, kde je třeba spojovat plasty. Nedávno americké námořnictvo začalo experimentovat s tím, že používá "svařované švy" pro své uniformy. Dokud je materiál oděvu termoplastický jako nylon, lze použít ultrazvukové svařování k vytvoření švů, které jsou silnější, lehčí a více izolované než tradičně šité.
Ale zatímco oděvní společnosti jako Patagonia a Northface už používají ve svých oděvních linkách svařované švy, je její vojenské použití stále pouze experimentální. Technologie se obvykle používá pro rovné švy, nikoliv pro rohy. A je to drahé. Prozatím je nejlevnější a nejvšestrannější metoda stále šití rukama.
8Služby Informace o kreditní kartě
Výzkumníci našli způsob přenosu dat z počítače do počítače pomocí zvuku samotného. Bohužel se obávají, protože je to velmi účinný způsob přenosu virů.
Bezpečnostní konzultant Dragos Ruiu přišel s nápadem poté, co si všiml něco trochu podivného o jeho MAcBook Air: Po instalaci OS X počítač aktualizoval spouštěcí firmware. Měla velmi silný virus, který by neumožňoval zavádění CD-ROM, mohl vymazat data a mohl podle vlastního uvážení provádět změny. Dokonce i po vymazání, přeinstalaci a přestavování celého systému problém přetrvává. Nejvíce přijatelná teorie pro zdánlivou nesmrtelnost viru spočívala v tom, že se nachází v základním vstupním / výstupním systému (BIOS), který by mu umožnil zůstat i přes pokusy o odstranění. Druhým, nepravděpodobném, bylo to, že pomocí přenosu vysokofrekvenčních signálů procházelo mezi reproduktory a mikrofony.
Zvláštní teorie je poměrně nepravděpodobná, ale bylo to nejméně možné, když německý institut našel způsob, jak reprodukovat efekt. Na základě softwaru vyvinutého pro podvodní komunikaci vyvinuli prototyp malwaru, který posílal data přes netříděné notebooky pouze pomocí reproduktorů. Při testování mohou notebooky komunikovat až 20 metrů. Rozsah může být dále rozšířen propojením infikovaných zařízení do sítě, podobně jako opakovače Wi-Fi.
Dobrou zprávou je, že akustický přenos je velmi pomalý, dosahuje pouze 20 bitů za sekundu. Přestože to nestačí k přenosu velkých balíků, stačí odeslat výbuchy informací, jako jsou úhozy, hesla, čísla kreditních karet a šifrovací klíče. Vzhledem k tomu, že současný malware již může dělat vše rychleji a rychleji, je nepravděpodobné, že by se v blízké době objevila nová akustická hrozba.
7 Akustické skalpely
Lékaři již používají zvukové vlny pro lékařské zákroky, jako jsou ultrazvuk a rozbíjení ledvinových kamenů, ale vědci z University of Michigan vyrobili akustický skalpel tak jemný, že dokážou přesně oddělit jednu buňku. Současná zaměřená ultrazvuková technologie může vytvářet pouze paprsek s ohniskovou vzdáleností kolem několika milimetrů, ale jejich nový přístroj má přesnost 75 x 400 mikrometrů.
Obecná technologie byla kolem konce roku 1800, ale nový skalpel byl umožněn použitím čočky pokrytého uhlíkovými nanotrubkami a materiálu nazvaného polydimethysiloxan pro přeměnu světla na vysokotlaké zvukové vlny. Přesně soustředěné zvukové vlny vytvářejí rázové vlny a mikrobubliny, které působí na mikroskopické úrovni. To už bylo testováno tím, že oddělíme jednu buněčnou buňku z vaječníků a vrtáme otvor o průměru 150 mikrometrů v umělém ledvinovém kameni. Návrháři doufají, že mohou být nakonec použity k podávání léků nebo k odstranění malých rakovinových nádorů nebo plaků. Může dokonce být schopen provádět tyto operace bezbolestně, protože paprsek je tak jemný, že se může vyhnout nervovým buňkám.
6Charge svůj mobilní telefon s vaším hlasem
Výzkumníci využívají nanotechnologii k získávání energie z různých zdrojů k výrobě elektřiny. Jedním z cílů je vytvoření zařízení, které nemusí být účtováno. Společnost Nokia zejména patentovala zařízení, které sklízí energii z pohybu.
A protože zvuk pouze komprimuje a rozšiřuje plyny ve vzduchu, což je pohyb, je to životaschopný zdroj energie. Vědci experimentují s způsoby, jak si můžete mobilní telefon nabít jednoduše tím, že ho používáte - pokud ho používáte k uskutečnění hovoru. V roce 2011 vědci v Soulu používali nano-tyče z oxidu zinečnatého, které byly vloženy mezi dvě elektrody a generovaly elektřinu ze zvukových vln. Tato technologie dokázala generovat 50 milivoltů z objemu hlučné dopravy. To nestačí k nabíjení většiny elektrických zařízení, ale loňští inženýři se v loňském roce podařilo vytvořit zařízení, které může produkovat 5 voltů - dostačující k nabíjení telefonu.
Zatímco nabíjení mobilních telefonů se zvukem je dobrou zprávou pro velkou řečníky, bude mít také dopad na rozvojový svět. Stejná tepelná akustická technologie, která vyrobila chladničku, může být také použita k přeměně zvuku na elektřinu. Sporový sporák je sporák a lednička, která vypaluje energii používanou při vaření s palivy z biomasy, aby produkovala malé množství elektrické energie kolem 150 wattů. To není hodně, ale stačí poskytnout omezenou moc 1,3 miliardám lidí na Zemi bez přístupu k elektřině.
5Turnování lidského těla do mikrofonu
Vědci z Disney vyvinuli zařízení, které mění lidské tělo na mikrofon. Nazývá se "Ishin-Den-Shin" po japonském výrazu pro komunikaci prostřednictvím nevysloveného vzájemného porozumění, dovoluje něko- lému bezmocně předávat nahranou zprávu jen tak, že se dotýká ucha jiné osoby.
Zařízení, které vyrobili, obsahuje mikrofon připojený k počítači. Když někdo mluví do mikrofonu, počítač jej uloží jako smyčkový záznam, který se pak přemění na neudržitelný signál, který se přenáší pomocí kabelu připojeného k mikrofonu. Signál přenáší z mikrofonu do těla každého, kdo ho drží, což produkuje modulované elektrostatické pole, které způsobuje nepatrné vibrace, pokud se člověk dotkne cokoli. Vibrace lze slyšet, pokud se dotýká někoho jiného. Může se dokonce přenést z osoby na osobu osobě, pokud je skupina ve fyzickém kontaktu.
4Spying
Někdy věda vytváří něco, o čem by i James Bond mohl jen snít. Výzkumníci z MIT, Microsoft a Adobe vyvinuli algoritmus, který dokáže číst pasivní zvuky z neživých objektů ve videu. Jejich algoritmus analyzuje nepostřehnutelné vibrace, které zvuky způsobují na povrchu a způsobují jejich zvuk. Jeden experiment získal srozumitelnou řeč z pytlů bramborových čipů, které byly zaznamenány 4,5 metru (15 stop) pryč skrz zvukotěsné sklo.
Pro dosažení nejlepších výsledků algoritmus vyžaduje, aby počet snímků za sekundu videa byl vyšší než frekvence zvukového signálu, který vyžaduje vysokorychlostní kameru. Pro menší výsledky může být také použita s obyčejným digitálním fotoaparátem k identifikaci věcí, jako je počet reproduktorů v místnosti a jejich pohlaví - možná i jejich identita. Nová technologie má zřejmé využití pro forenzní, vymáhání práva a špionážní války. S touto novou technologií musí všichni někdo učinit tak, že je do něho umístěn vysokorychlostní digitální fotoaparát, aby mohl nahrávat, co se děje uvnitř.
3Akustické maskování
Výzkumníci vytvořili zařízení, které může skrýt objekty ze zvuku. Vypadá to jako bizarní pyramida plná děr, ale tvar změní dráhu zvukových vln tak, aby odpovídaly tomu, co by vypadaly, kdyby se odrazily od rovného povrchu. Pokud umístíte akustický plášť na objekt na rovný povrch, zmizí ze zvuku bez ohledu na to, odkud ho pozorujete.
Zatímco nemusí být schopen zabránit někomu, aby odposlouchávat konverzace zvnějšku, může maskovat objekty na místech, kde je důležitá akustika, jako jsou koncertní sály. Protože výzkum byl proveden s granty od americké armády, ačkoli, oni pravděpodobně mají jejich oko na něco většího. Neudržuje zvuk, ale má potenciál skrýt objekty z detekčních systémů založených na zvuku jako je sonar. Vzhledem k tomu, že zvuk cestuje pod vodou podobným způsobem jako vzduch, akustické maskování by nakonec mohlo způsobit, že ponorky nebyly detekovatelné.
2Traktory
Vědci se po mnoho let pokoušejí přinést technologii Star Trek k životu, z čehož nejmenším je tažný paprsek. Zatímco spousta výzkumů se zaměřuje na optické trakční nosníky, které využívají teplo k pohybu objektů, byla tato technologie omezena na položky pouze o zlomek milimetru na šířku. Ultrazvukové trakční nosníky však dokazují, že se mohou pohybovat většími objekty - o velikosti 1 centimetr (.4 in). To by mohlo znít ještě málo, ale nový paprsek má miliardukrát větší sílu než předchozí modely.
Soustředěním dvou ultrazvukových paprsků na cíl může být objekt přitahován směrem ke zdroji paprsku tím, že od něj odrazí vlny a rozptyluje je v opačných směrech. Ačkoli vědci nebyli schopni vytvářet pro svou techniku nejlepší druh vlny (nazývaný "Besselův paprsek"), dokázali je ještě dostatečně přiblížit, aby vytvořili pracovní trámový paprsek. V budoucnosti by technologie mohla být použita k přímému pohybu objektů a tekutin v těle. Bylo by to obrovské požehnání pro oblast medicíny, kdyby se začalo používat k podávání léků na přesné místo, kde jsou potřebné. Bohužel pro Star Trek fanoušci, i když zvuk nemůže cestovat ve vakuu vesmíru, takže nebude zachraňovat žádné lodě v nouzi.
Hlakové hologramy
Věda pracuje také na dalším kusu Star Trek technologie - holodeck. Ačkoli to není tak sofistikované jako v sci-fi filmech, hologramová technologie není nic nového. Ale jedna z největších překážek při vytváření pracovního holodéka je, že věda nebyla schopna replikovat hmatové pocity - až donedávna. Inženýři na univerzitě v Bristolu vyvíjejí to, co nazývají technologií UltraHaptics, která dělá právě to.
Původně byla technologie vyvinutá tak, aby vyvinula sílu na pokožce při gestifikaci určitých zařízení. Mechanik se špinavými rukama by například mohl použít pro převrácení manuálu. Je to trochu jako udělování Amazon Kindle pocit obrátit fyzickou stránku.
Vzhledem k tomu, že technologie využívá zvuk k vytváření vibrací, které replikují pocit dotyku, může být změna úrovně pocitu. 4-hertzová vibrace se například cítí jako těžké dešťové kapky, zatímco 125 se cítí, jako byste se dotýkali pěny. Prozatím jedinou nevýhodou je, že kmitočty mohou slyšet psi, ale návrháři říkají, že to mohou opravit.
Nyní rozvinuli své zařízení a vytvořily virtuální tvary jako koule a pyramidy. Ve skutečnosti však není promítnut virtuální tvar. Místo toho pracuje pomocí senzorů, které následují vaši ruku a vhodně vypalují zvukové vlny. Zatím nejsou objekty příliš detailní a mají nějaké tvarové nesrovnalosti, ale návrháři říkají, že jakmile je technologie spojena s viditelným hologramem, lidský mozek se mu hodí do celkového obrazu. Doufá, že ho budou používat v řadě produktů, od videohier až po zařízení, která umožní lékaři fyzicky prozkoumat objekt v CT snímku.