10 технологий будущего, связанных со звуком

Говоря о технологиях будущего, мы чаще всего вдаемся в крайности, представляя себе, например, роботизированные механизмы, летающие машины и прочее. Но правда заключается в том, что сейчас, действительно, тот период, когда технологии развиваются бешеными темпами, и на удивление одна из самых прогрессивных сфер — акустика. Действительно, важность звука сложно переоценить, так как это один из основных кирпичиков, который лежит в фундаменте прогресса. Представляем вам подборку самых прогрессивных технологий, от наиболее простых до невероятных, которые используют звук.

Охлаждение: первый холодильник, работающий на звуковых волнах, разработала одна пенсильванская группа исследователей при финансовой поддержке производителя мороженного Ben&Jerry’s. Да, это звучит невероятно, однако технология вполне реальная. Работает она по такому принципу: воздух сжимается и разряжается под воздействием звуковой волны, что в результате дает нагрев и охлаждение. 

В естественных условиях звук влияет на температуру таким же образом, однако значительно в меньших масштабах, примерно на 1/10000 градуса, но если поместить газ и сжать его под давлением около 10 атмосфер, то влияние в разы увеличивается. В так называемом «термоакустическим холодильнике» газ внутри холодильной камеры проходит со звуком в 173 дБ, в результате генерируется достаточное количество тепла, которое забирают установленные на «пути» металлические пластины, направляя его в теплообменник. В конечном итоге происходит охлаждение содержимого холодильника.

Главный плюс данной технологии — она, по сравнению с применяемыми до сих пор в холодильных приборах, является более щадящей по отношению к окружающей среде.

В таком приспособлении нет токсичных хладегентов, инновационная система отлично взаимодействует с инертными газами (например, гелием). Поэтому приверженцы «зеленых» технологий обязательно должны присмотреться к такому виду бытовой техники как альтернативе существующих на рынке в данный момент.

Планы у создателей действительно наполеоновские. Они обещают приложить все усилия, чтобы популяризовать термоакустический холодильник, сделать его доступным не только для крупных предприятий, но и для использования в повседневном быту.

Перспектива однозначно имеется, так как такие приборы более надежные и долговечные благодаря использованию значительно меньшего количества механических деталей, которые периодически выходят из строя и требуют замены.

Сварка: на самом деле, при помощи ультразвука пластик сваривают еще с 60-х годов. Для данного

способа соединения термопластических деталей необходимо их сдавить на специальной наковальне и направить ультразвуковые волны, под воздействием которых молекулы начинают вибрировать, а в результате трения генерируется тепло, прочно соединяя две детали друг с другом.

Явление это было открыто совершенно случайно исследователем Робертом Солоффом. Тогда разрабатывалась технология, позволяющая запечатывать пленку при помощи ультразвука. Случайно Роберт притронулся зондом к держателю для скотча и в результате две половинки моментально и прочно скрепились между собой.

Таким образом Солофф и открыл новым метод сварки ультразвуком. Впоследствии он запатентовал технологию. Благодаря этому открытию ультразвуковая сварка используется чуть ли не во всех отраслях производства, где необходимо соединения различных полимерных материалов, начиная с предметов гигиены и заканчивая машиностроением.

Передача данных: также ультразвук используется и для передачи информации между двумя или более компьютерами. Но тут есть и опасность — таким же образом можно беспрепятственно пересылать и вредоносные программы, то есть вирусы. Данную особенность ультазвуковых волн помог обнаружить MacBook Air, когда после установки ПО загрузочная информация сама по себе обновилась. К сожалению, опыт был весьма неудачным, так как устройство «подхватило» вирус, запрещающий считывать информацию с посторонних носителей, а также стирающий данные. Даже форматирование и переустановка программного обеспечения не «вылечили» устройство.

Этим явлением заинтересовались ученые из Немецкого института. Они создали вирус и смогли передать его на другой ноутбук при помощи всего лишь динамиков. Для этого даже не понадобилось подключаться к сети. Результаты опытов оказались просто ошеломляющими: передавать информацию «по воздуху» без Интернета можно на устройства в радиусе 20 метров, если соединить несколько компьютеров по цепочке, дальность увеличивается. Единственное, скорость передачи очень маленькая — порядка 20 бит/с.

Оперативное медицинское вмешательство: ультразвук уже давно применяется в медицине. Например, на нем завязана технология обычного УЗИ или процедура дробления почечных камней, однако теперь в арсенале медиков появился новый прибор — акустический скальпель.

Прорыв заключается в том, что это один из наиболее точных приборов — он способен буквально отделить одну клетку. Точность инструмента составляет 75 х 400 мкм.

Для создания скальпеля понадобилась линза с покрытием из углеродных нанотрубок и полидиметилсилоксана, которые преобразовывают свет в звуковые волны. Те, в свою очередь под высоким давлением провоцируют вибрацию, а также образование микропузырьков.

Технология на данный момент уже протестирована. С ее помощью удалось отделить раковую клетку. Также скальпель испробовали на камне, образованном в почке. При помощи устройства врачи смогли просверлить микроскопическое отверстие в образовании в 150 мкм.

Голосовая зарядка мобильных устройств: покричать на телефон, чтобы его зарядить, кажется безумием? Тем не менее, это уже реальность.

Целая группа исследователей работает сейчас над созданием мобильных устройств, которым в принципе не будет нужна подзарядка.

Из школьного курса физики все мы знаем, что звук создается благодаря колебаниям воздуха. Почему бы не сделать его энергетическим источником?

Работа в данном направлении началась еще в 2011 году, когда ученые из Сеула экспериментировали с получением электричества из звуковых волн посредством нанотрубок, изготовленных из оксида цинка и закрепленных между электродами.

Тогда получилось выработать около 50 милливольт от автотранспортного шума на обычной дороге. Идею поддержала одна лондонская группа.

Уже в прошлом году им удалось создать технологию, генерирующую напряжение до 5 вольт, а для зарядки телефона этого достаточно.

«Живой микрофон»: на этот раз мир потрясли исследователи Disney. Они представили устройство под названием Ishin-Den-Shin, которое в буквальном смысле превращает тело человека в микрофон. Устройство представляет из себя микрофон, который подключается к обычному ноутбуку или компьютеру. Суть изобретения — передавать сообщения без участия голоса, то есть это практически сродни телепатии. Правда, необходимо дотронуться до другого человека, чтобы он «услышал» немое послание.

Один человек говорит в микрофон, а компьютер записывает послание. Далее запись преобразуется в электрический сигнал малой мощности, но с большой амплитудой. По специальному отдельному проводу он возвращается в устройство, а тот, кто держит микрофон, сам становится «проводником». Теперь дело за малым — нужно всего лишь прикоснуться к уху «реципиента», чтобы создать вибрацию. В конечном счете палец «отправителя» и ухо «получателя» образуют своеобразный громкоговоритель, и второй «слышит» сигнал.

Разведка и шпионаж: помните, сколько невероятных шпионских штучек было в фильмах о Джеймсе Бонде? Но о таком он даже помышлять не мог. При помощи алгоритма, разработанного в Массачусетском институте, стало возможным восстанавливать колебания звука от объектов, записанных на видео. Технология улавливает мельчайшие вибрации, возникающие на поверхности, а затем преобразовывает их в звук.

В ходе тестирования удалось полностью восстановить речь через пакет чипсов, который был снят через звуконепроницаемое стекло и находился на расстоянии около 4.5 метра. Хоть описание работы звучит очень сложно, на практике все крайне просто — необходимо лишь направить прибор, например, в окно: далее вы услышите все, что происходит в комнате.

Но данная технология не безупречна. Для ее работы необходимо не обычное видео, а снятое с высокой частотой кадров, превышающей частоту звука. Например, если видео будет снято на обычную цифровую камеру, можно будет определить количество людей, участвующих в разговоре, а также их пол, но в большинстве случае не более. Определенно у технологии есть перспектива в области криминалистики и разведки.

Камуфляж: тройку самых невероятных технологий, использующих звуковые волны, открывает еще одна «штука в стиле Бонда», а именно метод маскировки объектов при помощи звука. Устройство, разработанное для акустического камуфляжа, внешне похоже на какую-то странную пирамиду с мелкими отверстиями. Такая форма обусловлена свойством изменять траекторию движения звуковой волны. Работает «щит» просто — его необходимо просто надеть на любой объект и все: он делается для звука невидимым.

Проект финансировался вооруженными силами США и начинался как стратегическая разработка. На данный момент акустический камуфляж не является идеальным, например, он не сможет защитить от прослушки, так как звук внутри не удерживается. Тем не менее, это далеко не конец, а устройство обладает огромным потенциалом для скрытия в будущем объектов от систем слежения. В теории когда-нибудь даже возможно создание подлодок-невидимок при помощи данной технологии.

Тяговый луч: знаменитый сериал «Звездный путь» стал источником вдохновения для многих ученых. Уже давно ведутся исследования, направленные на разработку лучей, которые смогли бы переносить различные предметы прямо по воздуху, однако в этой сфере особых прорывов пока не было и не предвидится в скором будущем. Однако оказалось, что ультразвуковые волны способны на нечто подобное — такие лучи могут захватывать объекты размером около 1 см. На данный момент это максимум.

Тактильные голограммы: и снова технология из «Стар Трека» и множества других кинопродуктов, затрагивающих тему будущего. До недавнего времени создание тактильной голограммы стопорилось из-за невозможности воссоздать тактильные ощущения. Однако это уже в прошлом.

Исследователи из Бристольского университета продемонстрировали устройство под названием UltraHaptics, которое воспроизводит некоторые простые виртуальные фигуры, такие как пирамиды или сферы. Для этого применяются сенсоры, которые буквально «следят» за руками и управляют звуковыми волнами для воссоздания иллюзии.

По словам разработчиков, у новинки есть огромный потенциал хотя бы в индустрии видеоигр, но впоследствии медицина также сможет ее использовать, например, для осязания объектов, изображенных на снимке томографии.