10 af de mest utrolige ting, som videnskaben gør med lyd

Når vi tænker på teknologiens fremtid, overser vi ofte et felt, der laver utrolige fremskridt-akustik. Lyd viser sig at være en af ​​fremtidens grundlæggende byggesten. Videnskab bruger det til at gøre mere seje ting end nogensinde, og i de kommende år vil vi helt sikkert høre mere om det.

10Refrigeration

Et team af forskere ved Penn State University, sponsoreret af Ben og Jerry's, har lavet et køleskab, der kulder mad med lyd. Det virker på princippet om, at lydbølgerne komprimerer og udvider luften omkring dem, som opvarmer og køler luften respektivt. Normalt påvirker lydbølgerne temperaturer på højst 1 / 10.000 i en grad, men langt større effekter kan opnås ved at placere gassen inde i køleskabet under langt større tryk på ca. 10 atmosfærer. Den termoakustiske fryser, som den hedder, trykker gasen inde i kølekammeret og blæser den med mere end 173 decibel lyd, der genererer varme. Indvendigt absorberer en række metalplader inden for lydbølgens vej varme og leverer den til et varmeveksler system. Varmen fjernes, og køleskabets indhold afkøles.

Systemet blev udviklet som et mere miljøvenligt alternativ til traditionelle køleskabe. I modsætning til traditionelle modeller, der bruger kemiske kølemidler, der beskadiger atmosfæren, fungerer det termoakustiske køleskab meget godt med inerte gasser som helium. Da helium bare lækker ud af atmosfæren, hvis det kommer ud, gør det den nye teknologi langt grønnere end noget der for øjeblikket er på markedet. Som videnskaben går videre, håber dens designere, at termoakustiske modeller i sidste ende vil overgå konventionelle køleskabe med hensyn til pålidelighed, da de har færre bevægelige dele at bryde ned.

9Ultrasonic Svejsning

Ultralydbølger er blevet brugt til at svejses plast sammen siden 1960'erne. Det virker ved at komprimere to termoplastiske materialer sammen oven på en ambolt. Ultralydbølger bliver så fodret gennem et horn, der vibrerer deres molekyler, hvilket forårsager friktion, der forårsager varme. Slutresultatet er to stykker smeltet sammen meget jævnt og stærkt.

Ligesom mange teknologier blev det opdaget ved et uheld. Robert Soloff havde arbejdet med ultralydsfilmforseglingsteknologi, da sonden han holdt ved et uheld rørte en Scotch tape dispenser på sit skrivebord. Uheldet svejsede dispenserens to halvdele sammen, hvilket gjorde ham klar over, at lydbølger kunne rejse langs hjørner og sider af stiv plast for at nå leddene. Efter hans opdagelse udviklede og patentede Soloff og sine kolleger hvad de kaldte ultralydstaking.

Siden da har ultralydssvejsning fundet udbredt anvendelse i mange brancher. Fra bleer til biler bruges teknologien overalt, hvor plastik skal bindes sammen. For nylig er US Navy begyndt at eksperimentere med at bruge den til at gøre "svejsede sømme" til sine uniformer. Så længe tøjets materiale er termoplastisk som nylon, kan ultralydssvejsning bruges til at gøre sømme, der er stærkere, lettere og mere isolerende end traditionelt syede.

Men mens beklædningsfirmaer som Patagonia og Northface allerede bruger svejsede sømme i deres tøjlinier, er dets militære anvendelse stadig kun eksperimentel. Teknologien bruges typisk til lige sømme, ikke dem, der drejer hjørner. Og det er dyrt. For nu er den billigste og mest alsidige metode stadig håndsyning.

8Postering af kreditkortoplysninger

Forskere har fundet en måde at overføre data fra computer til computer ved hjælp af lyd alene. Desværre er de bekymrede, fordi det er en meget effektiv måde at overføre virus på.

Sikkerhedskonsulent Dragos Ruiu kom op med ideen efter at have bemærket noget mærkeligt om sin MAcBook Air: Efter installation af OS X opdaterede computeren sin opstart firmware spontant. Det havde en meget kraftig virus, der ikke ville tillade en cd-rom boot, kunne slette data, og kunne foretage ændringer på vilje. Selv efter at du har slettet, geninstalleret og omkonfigurerer hele systemet, forblev problemet stadig. Den mest plausible teori for virusets tilsyneladende udødelighed var, at den var bosat i det grundlæggende input / output system (BIOS), hvilket ville gøre det muligt at forblive på trods af fjernelse forsøg. Den anden, usandsynlige, var, at den anvendte højfrekvente transmissioner, der gik mellem højttalere og mikrofoner for at overføre data.

Den underlige teori er temmelig usandsynlig, men det blev i det mindste muligt bevist, da et tysk institut fandt en måde at reproducere effekten på. Baseret på software udviklet til kommunikation under vand, udviklede de en malware prototype, der sendte data på tværs af ikke-netværkede bærbare computere ved hjælp af bare deres højttalere. I test kunne bærbare computere kommunikere fra så langt som 20 meter væk. Sortimentet kan udvides yderligere ved at forbinde inficerede enheder sammen i et netværk, der ligner Wi-Fi repeaters.

Den gode nyhed er, at akustisk transmission er ekstremt langsom og når kun 20 bits per sekund. Selvom det ikke er nok at overføre store pakker, er det nok at sende udbrud af oplysninger som tastetryk, adgangskoder, kreditkortnumre og krypteringsnøgler. Da den nuværende malware allerede kan gøre alt så hurtigere og bedre, er det usandsynligt, at en ny akustisk trussel vil overflade når som helst snart.

7Acoustic Scalpels

Læger bruger allerede lydbølger til medicinske procedurer som ultralyd og bryder hinanden fra nyresten, men forskere ved University of Michigan har lavet en akustisk skalpel så fint, at det præcist kan løsne en enkelt celle. Nuværende fokuseret ultralydsteknologi kan kun skabe en stråle, der har et fokuspunkt på omkring millimeter, men deres nye instrument har en nøjagtighed på 75 x 400 mikrometer.

Den generelle teknologi har eksisteret siden slutningen af ​​1800'erne, men den nye skalpell blev gjort mulig ved at bruge en linse belagt i carbon nanorør og et materiale kaldet polydimethysiloxan for at omdanne lys til højtryks lydbølger. Fokuseret tæt nok skaber lydbølgerne stødbølger og mikrobobler, som udøver tryk på et mikroskopisk niveau. Det er allerede blevet testet ved at løsne en enkelt æggestokkecancercelle og bore et 150-micrometer hul i en kunstig nyresten. Designerne håber, at det til sidst kan bruges til at levere stoffer eller for at eliminere små kræfttumorer eller plaques. Det kan endda være i stand til at udføre disse operationer smertefrit, da strålen er så fint, at den kan undgå nerveceller.

6Høj din mobiltelefon med din stemme

Forskere bruger nanoteknologi til at høste energi fra forskellige kilder for at generere elektricitet. Et af deres mål er at skabe enheder, der ikke behøver at blive opkrævet. Nokia har især patenteret en enhed, der høster energi fra bevægelse.

Og da lyd kun komprimerer og udvider gassen i luft, hvilket er bevægelse, gør det det til en levedygtig energikilde. Forskere eksperimenterer med måder du kan oplade din mobiltelefon ved blot at bruge den - så længe du bruger den til at foretage et opkald. I 2011 brugte forskere i Seoul nanostænger af zinkoxid, der blev sandwichet mellem to elektroder for at generere elektricitet fra lydbølger. Teknologien kunne generere 50 millivolt fra lyden af ​​støjende trafik. Det er ikke nok at oplade de fleste elektriske enheder, men sidste år lykkedes det for London-ingeniører at oprette en enhed, der kan producere 5 volt nok til at oplade en telefon.

Mens opladning af mobiltelefoner med lyd er god nyhed til store talkere, vil det også få indflydelse på udviklingslandene. Den samme termoakustiske teknologi, der lavede køleskabet, kan også bruges til at konvertere lyd til el. Score-Komfuret er en komfur og et køleskab, der udleder den energi, der bruges fra madlavning med biomasse brændstoffer til at producere små mængder elektricitet, omkring 150 watt. Det er ikke meget, men det er nok at give begrænset energi til de 1,3 milliarder mennesker på Jorden uden adgang til elektricitet.

5Turning af menneskekroppen i en mikrofon

Forskere i Disney har lavet en enhed, der gør menneskekroppen til en mikrofon. Kaldt "ishin-den-shin" efter det japanske udtryk for at kommunikere gennem uudtalte gensidig forståelse, det tillader en person til ordløst at videregive en indspillet besked bare ved at røre en andens øre.

Enheden, de har lavet, indeholder en mikrofon, der er fastgjort til en computer. Når nogen taler i mikrofonen, gemmer computeren den som en looped optagelse, som derefter omdannes til et uhørbart signal, der overføres, selv om en ledning er forbundet til mikrofonen. Signalet overføres fra mikrofonen til kroppen af ​​enhver, der holder den, hvilket producerer et moduleret elektrostatisk felt, der forårsager en lille vibration, hvis personen berører noget. Vibrationen kan høres, hvis personen berører andres ører. Det kan endda overføres fra person til person til person, hvis gruppen er i fysisk kontakt.

4Spying

Nogle gange skaber videnskab noget, som endda James Bond kun kunne drømme om. Forskere ved MIT, Microsoft og Adobe har udviklet en algoritme, der kan læse passive lyde fra livløse objekter i video. Deres algoritme analyserer de umærkelige vibrationer, som lydbølger gør på overflader og gør dem hørbare. Et forsøg genoprettede forståelig tale fra en pose kartoffelchips indspillet 4,5 meter væk dog lydisoleret glas.

For at opnå de bedste resultater kræver algoritmen, at videoens rammer pr. Sekund skal være højere end lydsignalets frekvens, hvilket kræver et højhastighedskamera. For mindre resultater kan det også bruges med et almindeligt digitalkamera til at identificere ting som antallet af højttalere i et rum og deres køn - muligvis endda deres identiteter. Den nye teknologi har indlysende anvendelser til retsmedicin, retshåndhævelse og spionkrige. Med denne nye teknologi er det bare nødvendigt at pege på et digitalt kamera med høj hastighed ind i vinduet for at kunne registrere, hvad der sker indeni.

3Acoustic Cloaking

Fotokredit: pratt.duke.edu

Forskere har lavet en enhed, der kan skjule objekter fra lyd. Det ligner en bizar pyramide fyldt med huller, men formen ændrer bølgelængden for at matche, hvad de ville se ud, hvis de var reflekteret fra en flad overflade. Hvis du lægger den akustiske kappe over et objekt på en plan overflade, forsvinder den fra lyd uanset hvilken vinkel du observerer den fra.

Selv om det måske ikke kan forhindre nogen i at aflytte på en samtale udefra, kan det maskere objekter på steder, hvor akustik er vigtig, som koncertsale. Siden forskningen blev udført med tilskud fra det amerikanske militær, har de nok øje med noget større. Det holder ikke lyd ind, men det har potentiale til at skjule genstande fra lydbaserede detektionssystemer som sonar. Da lyden bevæger sig under vand på samme måde som gennem luft, kan akustisk afdækning i sidste ende gøre ubåde usynlige til påvisning.

2Traktorbjælker

Foto kredit: Stuart Hay, ANU

I årevis har forskere forsøgt at bringe teknologi fra Star Trek til livet, ikke mindst det er traktorbjælken. Mens en masse forskning fokuserer på optiske traktorbjælker, der bruger varme til at bevæge objekter, er teknologien begrænset til produkter, der kun er en brøkdel af en millimeter i bredden. Ultralyd traktor bjælker beviser imidlertid, at de kan flytte større objekter - omkring 1 centimeter (.4 in). Det kan stadig lyde lille, men den nye stråle har en milliard gange mere kraft end tidligere modeller.

Ved at fokusere to ultralydbjælker på et mål, kan et objekt trækkes mod strålekilden ved at hoppe bølgerne væk fra det og sprede dem i modsatte retninger. Skønt forskerne ikke kunne skabe den bedste slags bølge for deres teknik (kaldet en "Bessel beam"), var de stadig i stand til at tilnærme den nok til at lave en arbejdstraktorbjælke. I fremtiden kan teknologien bruges til at lede genstande og væske i kroppen. Det ville være en stor velsignelse for medicinområdet, hvis det begynder at blive brugt til at levere lægemidler til det nøjagtige sted, hvor de er nødvendige. Desværre for Star Trek fans kan dog ikke rejse i rummets vakuum, så det vil ikke redde nogen skibe i nød.

1Haptic Holograms

Videnskaben arbejder også på et andet stykke Star Trek teknologi-holodeck. Selvom det ikke er så sofistikeret som i sci-fi-flicks, er hologramteknologi ikke noget nyt. Men en af ​​de største forhindringer for at skabe en fungerende holodeck er, at videnskaben ikke har været i stand til at replikere taktile fornemmelser - indtil for nylig. Ingeniører ved University of Bristol udvikler, hvad de kalder UltraHaptics teknologi, hvilket gør det bare.

Oprindeligt blev teknologien udviklet til at udøve kraft på din hud, når du gør bevægelser til at styre bestemte enheder. En mekaniker med beskidte hænder kan f.eks. Bruge den til at bladre gennem en manual. Det er lidt som at give Amazonas Kindle følelsen af ​​at vende en fysisk side.

Da teknologien bruger lyd til at producere vibrationer, der replikerer følelsesfølsomheden, kan niveauet af sensation ændres. En 4-hertz vibration føles som tunge regndråber, for eksempel, mens 125 føles som om du rører ved skum. For nu er den eneste ulempe, at frekvenserne kan høres af hunde, men designerne siger, at de kan ordne det.

De har nu avanceret deres enhed til at producere virtuelle former som kugler og pyramider. Der er imidlertid ikke en virtuel form, der projiceres. I stedet virker det ved at bruge sensorer, der følger din hånd og slukker lydbølgerne korrekt. For øjeblikket mangler objekterne meget detaljer og har nogle formafvigelser, men designerne siger, at når teknologien er matchet med et synligt hologram, passer den menneskelige hjerne til det overordnede billede. De håber at bruge det i en række produkter, fra videospil til enheder, der vil lade læger fysisk undersøge et objekt i en CT-scanning.