Dele:
10 av de mest utrolige tingene som Vitenskapen gjør med lyd
Når vi tenker på teknologiens fremtid, overser vi ofte et felt som gjør utrolige fremskritt-akustikk. Lyd viser seg å være en av fremtidens grunnleggende byggeklosser. Vitenskap bruker den til å gjøre mer kule ting enn noensinne, og i de kommende årene er vi sikker på å høre om det mye mer.
10Refrigeration
Et team av forskere ved Penn State University, sponset av Ben og Jerry, har laget et kjøleskap som fryser mat med lyd. Det virker på prinsippet om at lydbølger komprimerer og utvider luften rundt dem, som oppvarmer og avkjøler luften henholdsvis. Normalt påvirker lydbølgene temperaturer som ikke er mer enn 1/1000 i en grad, men langt større effekter kan oppstå ved å plassere gassen inne i kjøleskapet under langt større trykk - ca. 10 atmosfærer. Den termoakustiske fryseren, som den kalles, presser gass inn i kjølekammeret og sprenker den med mer enn 173 desibel lyd, noe som gir varme. Innvendig absorberer en serie metallplater innenfor lydbølgens bane varmen og leverer den til et varmeveksleranlegg. Varmen er fjernet og kjøleskapets innhold er avkjølt.
Systemet ble utviklet som et mer miljøvennlig alternativ til tradisjonelle kjøleskap. I motsetning til tradisjonelle modeller, som bruker kjemiske kjølemidler som ødelegger atmosfæren, fungerer det termoakustiske kjøleskapet veldig bra med inerte gasser som helium. Siden helium vil bare lekke ut av atmosfæren hvis den unnslipper, gjør den den nye teknologien langt grønnere enn noe som for øyeblikket er på markedet. Som vitenskapen går videre, håper designerne at termoelektroniske modeller til slutt vil overgå vanlige kjøleskap med hensyn til pålitelighet, siden de har færre bevegelige deler å bryte ned.
9Ultrasonic Sveising
Ultralydbølger har blitt brukt til å sveise plast sammen siden 1960-tallet. Det fungerer ved å komprimere to termoplastiske materialer sammen på toppen av et ambolt. Ultralydbølger blir så matet gjennom et horn som vibrerer deres molekyler, forårsaker friksjon som forårsaker varme. Sluttresultatet er to stykker smeltet sammen veldig jevnt og sterkt.
Som mange teknologier ble det oppdaget ved et uhell. Robert Soloff hadde jobbet med ultralyd film-tetting teknologi når sonden han holdt ved et uhell berørt en Scotch tape dispenser på pulten hans. Ulykken sveiset dispensorens to halvdeler sammen, noe som fikk ham til å innse at lydbølger kunne bevege seg langs hjørner og sider av stiv plast for å nå leddene. Ved oppdagelsen utviklet Soloff og hans kolleger og patenterte det de kalte ultralydstaking.
Siden da har ultralydsveising funnet utbredt bruk i mange bransjer. Fra bleier til biler brukes teknologien overalt, plastene må limes sammen. Nylig har US Navy begynt å eksperimentere med å bruke den til å lage "sveisede sømmer" for uniformer. Så lenge klærens materiale er termoplastisk som nylon, kan ultralydsveising brukes til å lage sømmer som er sterkere, lettere og mer isolerende enn tradisjonelt syede.
Men mens klærfirmaer som Patagonia og Northface allerede bruker sveisede sømmer i sine klær, er militær bruk fortsatt bare eksperimentell. Teknologien brukes vanligvis til rette sømmer, ikke de som vender mot hjørner. Og det er dyrt. For nå er den billigste og mest allsidige metoden fortsatt håndsyning.
8Stealing Kredittkort Info
Forskere har funnet en måte å overføre data fra datamaskin til datamaskin ved hjelp av lyd alene. Dessverre er de bekymret fordi det er en veldig effektiv måte å overføre virus på.
Sikkerhetskonsulent Dragos Ruiu kom opp med ideen etter å ha merket noe rart om sin MAcBook Air: Etter å ha installert OS X, oppdaterte datamaskinen sin oppstartsprogramvare spontant. Den hadde et veldig kraftig virus som ikke ville tillate en CD-ROM-oppstart, kunne slette data, og kunne gjøre endringer etter ønske. Selv etter å ha slettet, installert på nytt og omkonfigurert hele systemet, var problemet fortsatt. Den mest troverdige teorien for virusets tilsynelatende utødelighet var at den bodde i det grunnleggende input / output-systemet (BIOS), som ville tillate det å forbli til tross for fjerningsforsøk. Den andre, usannsynlige, var at den brukte høyfrekvente overføringer som passerte mellom høyttalere og mikrofoner for å overføre data.
Den merkelige teorien er ganske usannsynlig, men det ble bevist i det minste mulig da et tysk institutt fant en måte å reprodusere effekten på. Basert på programvare utviklet for undervanns kommunikasjon, utviklet de en malware prototype som sendte data på tvers av nettverksbaserte bærbare datamaskiner, ved hjelp av bare høyttalere. I tester kunne bærbare datamaskiner kommunisere fra så langt som 20 meter unna. Utvalget kan bli utvidet ytterligere ved å koble infiserte enheter sammen til et nettverk, som ligner på Wi-Fi-repeater.
Den gode nyheten er at akustisk overføring er ekstremt langsom og når bare 20 bits per sekund. Selv om det ikke er nok å overføre store pakker, er det nok å sende utbrudd av informasjon som tastetrykk, passord, kredittkortnumre og krypteringsnøkler. Siden nåværende skadelig programvare allerede kan gjøre alt som raskere og bedre, er det usannsynlig at en ny akustisk trussel vil overflate når som helst snart.
7Acoustic Scalpels
Legene bruker allerede lydbølger for medisinske prosedyrer som ultralyd og bryter sammen nyrestein, men forskere ved University of Michigan har laget en akustisk skalpell så fin at den nøyaktig kan løsne en enkelt celle. Nåværende fokusert ultralydsteknologi kan bare skape en stråle som har et fokuspunkt på rundt millimeter, men deres nye instrument har en nøyaktighet på 75 x 400 mikrometer.
Den generelle teknologien har eksistert siden slutten av 1800-tallet, men den nye skalpellen ble gjort mulig ved å bruke et objektiv belagt i karbonnanorør og et materiale som kalles polydimetisiloksan for å konvertere lys til høytrykkslydbølger. Fokusert tett nok, gir lydbølgene sjokkbølger og mikrobobler som utøver trykk på et mikroskopisk nivå. Det er allerede testet ved å løsne en enkelt eggstokkreftcelle og bore et 150-micrometer hull i en kunstig nyre stein. Designerne håper det kan til slutt brukes til å levere medisiner eller for å eliminere små kreftvulster eller plakk. Det kan til og med være mulig å utføre disse operasjonene smertefritt siden strålen er så fin at den kan unngå nerveceller.
6Bruk din mobiltelefon med stemmen din
Forskere bruker nanoteknologi til å høste energi fra en rekke kilder for å generere elektrisitet. Et av målene deres er å skape enheter som ikke trenger å bli belastet. Nokia har spesielt patentert en enhet som høster energi fra bevegelse.
Og siden lyd bare komprimerer og utvider gassene i luft, noe som er bevegelse, som gjør det til en levedyktig energikilde. Forskere eksperimenterer med måter du kan lade opp mobiltelefonen din ved å bruke den - så lenge du bruker den til å ringe. I 2011 brukte forskere i Seoul nano-stenger av sinkoksid som var sandwichet mellom to elektroder for å generere elektrisitet fra lydbølger. Teknologien var i stand til å generere 50 millivolt fra volumet av støyende trafikk. Det er ikke nok å lade opp de fleste elektriske enheter, men i fjor klarte London ingeniører å lage en enhet som kan produsere 5 volt nok til å lade en telefon.
Mens lading mobiltelefoner med lyd er gode nyheter for store talkers, vil det også få innvirkning på utviklingslanden. Den samme termoakustiske teknologien som lager kjøleskapet, kan også brukes til å konvertere lyd til strøm. Score-Stove er en komfyr og kjøleskap som utmasser energien som brukes fra matlaging med biomasse brensel for å produsere små mengder elektrisitet, rundt 150 watt. Det er ikke mye, men det er nok å gi begrenset kraft til de 1,3 milliarder menneskene på Jorden uten tilgang til elektrisitet.
5Skifte menneskekroppen til en mikrofon
Forskere ved Disney har laget en enhet som gjør menneskekroppen til en mikrofon. Kalt "Ishin-Den-Shin" etter det japanske uttrykket for å kommunisere gjennom uuttalte gjensidig forståelse, gjør det mulig for noen å ordløse passere en innspilt melding bare ved å berøre en andens øre.
Enheten de har laget, inneholder en mikrofon som er koblet til en datamaskin. Når noen snakker inn i mikrofonen, lagrer datamaskinen den som et løpende opptak, som deretter omdannes til et uhørbart signal som overføres, selv om en ledning er koblet til mikrofonen. Signalet overføres fra mikrofonen til kroppen til alle som holder den, noe som produserer et modulert elektrostatisk felt som forårsaker en liten vibrasjon hvis personen berører noe. Vibrasjonen kan høres hvis personen berører andres øre. Det kan til og med overføres fra person til person til person hvis gruppen er i fysisk kontakt.
4Spying
Noen ganger skaper vitenskap noe som til og med James Bond kun kunne drømme om. Forskere ved MIT, Microsoft og Adobe har utviklet en algoritme som kan lese passive lyder fra livløse objekter i video. Deres algoritme analyserer de umennelige vibrasjonene som lydbølger gjør på overflater og gjør dem hørbare. Ett eksperiment gjenvunnet forståelig tale fra en pose med potetgull, registrert 4,5 meter (15 fot) unna, men lydisolert glass.
For best resultat krever algoritmen at videoens rammer per sekund skal være høyere enn frekvensen av lydsignalet, som krever et høyhastighets kamera. For mindre resultater kan det også brukes med et vanlig digitalkamera for å identifisere ting som antall høyttalere i et rom og deres kjønn - muligens til og med deres identiteter. Den nye teknologien har åpenbare bruksområder for rettsmedisin, rettshåndhevelse og spionskrig. Med denne nye teknologien er alt som noen trenger å gjøre, pek på et høyhastighets digitalkamera i vinduet for å kunne registrere hva som skjer inni.
3Acoustic Cloaking
Forskere har laget en enhet som kan skjule objekter fra lyd. Det ser ut som en bisarre pyramide full av hull, men formen endrer banen til lydbølger for å matche det de ville se ut om de hadde reflektert seg fra en flat overflate. Hvis du plasserer den akustiske kappen over et objekt på en flat overflate, forsvinner den fra lyd uansett hvilken vinkel du observerer den fra.
Selv om det ikke kan forhindre at noen avlyser på en samtale fra utsiden, kan den maskere objekter på steder der akustikk er viktig, som konserthall. Siden forskningen ble utført med tilskudd fra det amerikanske militæret, har de sannsynligvis et øye med noe større. Det holder ikke lyd inn, men det har potensial til å skjule gjenstander fra lydbaserte deteksjonssystemer som sonar. Siden lyden beveger seg under vann på samme måte som gjennom luft, kan akustisk kapping til slutt gjøre ubåter usynlige for gjenkjenning.
2Traktorbjelker
I årevis har forskere forsøkt å bringe teknologi fra Star Trek til livet, ikke minst er traktorbjelken. Mens mye forskning fokuserer på optiske traktorbjelker som bruker varmen til å bevege gjenstander, er teknologien begrenset til gjenstander bare en brøkdel av en millimeter i bredde. Ultralyd traktor bjelker, viser imidlertid at de kan flytte større gjenstander-om størrelsen på 1 centimeter (.4 in). Det kan fortsatt høres lite, men den nye strålen har en milliard ganger mer kraft enn tidligere modeller.
Ved å fokusere to ultralydbjelker på et mål, kan en gjenstand trekkes mot strålekilden ved å hoppe bølgene av den og sprede dem i motsatt retning. Selv om forskerne ikke var i stand til å skape den beste typen bølge for deres teknikk (kalt en "Bessel-stråle"), var de fortsatt i stand til å tilnærme den nok til å lage en fungerende traktorbjelke. I fremtiden kan teknologien brukes til å lede gjenstander og væske i kroppen. Det ville vise seg å være en stor velsignelse til medisinens felt hvis det begynner å bli brukt til å levere medisiner til den nøyaktige plasseringen der de trengs. Dessverre for Star Trek fans, skjønt, lyden kan ikke reise i vakuum i rommet, så det vil ikke redde noen skip i nød.
1Haptic Holograms
Vitenskapen jobber også med et annet stykke Star Trek teknologi-holodeck. Selv om det ikke er så sofistikert som i sci-fi-flicks, er hologramteknologi ikke noe nytt. Men en av de største hindringene for å skape en fungerende holodeck er at vitenskapen ikke har vært i stand til å replikere taktile opplevelser - inntil nylig. Ingeniører ved University of Bristol utvikler det de kaller UltraHaptics-teknologi, som bare gjør det.
Opprinnelig ble teknologien utviklet for å utøve kraft på huden din når du gjør bevegelser for å kontrollere visse enheter. En mekaniker med skitne hender kan for eksempel bruke den til å bla gjennom en håndbok. Det er litt som å gi Amazonas Kindle følelsen av å slå en fysisk side.
Siden teknologien bruker lyd til å produsere vibrasjoner som replikerer følelsesfølelsen, kan sensasjonsnivået endres. En 4-Hertz-vibrasjon føles som tunge regndråper, for eksempel, mens 125 føles som om du berører skum. For nå er den eneste ulempen at frekvensene kan høres av hunder, men designerne sier at de kan fikse det.
De har nå avansert enheten for å produsere virtuelle former som sfærer og pyramider. Det er egentlig ikke en virtuell form som projiseres, skjønt. I stedet fungerer det ved å bruke sensorer som følger din hånd og brann av lydbølgene på riktig måte. For nå mangler gjenstandene mye detalj og har noen formavvik, men designerne sier at når teknologien er i samsvar med et synlig hologram, vil den menneskelige hjerne passe den til det generelle bildet. De håper å bruke den i en rekke produkter, fra videospill til enheter som lar legene fysisk undersøke et objekt i en CT-skanning.