Delen:
10 van de meest ongelooflijke dingen die de wetenschap met geluid doet
Wanneer we nadenken over de toekomst van technologie, zien we vaak een veld over het hoofd dat ongelooflijke vorderingen maakt - akoestiek. Geluid blijkt een van de fundamentele bouwstenen van de toekomst te zijn. Wetenschap gebruikt het om meer coole dingen te doen dan ooit, en in de komende jaren zullen we er zeker nog veel meer over horen.
10Refrigeration
Een team van onderzoekers van de Penn State University, gesponsord door Ben en Jerry's, heeft een koelkast gemaakt die voedsel rommelt met geluid. Het werkt volgens het principe dat geluidsgolven de lucht om zich heen comprimeren en uitzetten, waardoor de lucht wordt verwarmd en gekoeld. Normaal gesproken beïnvloeden geluidsgolven temperaturen die niet hoger zijn dan 1 / 10.000 graden, maar veel grotere effecten kunnen worden bereikt door het gas onder een veel hogere druk in de koelkast te plaatsen - ongeveer 10 atmosfeer. De thermoakoestische vriezer, zoals deze wordt genoemd, brengt het gas in de koelkamer onder druk en blaast het met meer dan 173 decibel geluid, waarbij warmte wordt opgewekt. Binnenin absorbeert een reeks metalen platen binnen het pad van de geluidsgolven de warmte en levert deze af aan een warmtewisselaarsysteem. De hitte wordt verwijderd en de inhoud van de koelkast wordt gekoeld.
Het systeem is ontwikkeld als een milieuvriendelijker alternatief voor traditionele koelkasten. In tegenstelling tot traditionele modellen, die chemische koelmiddelen gebruiken die de atmosfeer beschadigen, werkt de thermoakoestische koelkast zeer goed met inerte gassen zoals helium. Aangezien helium gewoon uit de atmosfeer zal lekken als het ontsnapt, maakt het de nieuwe technologie veel groener dan alles wat er momenteel op de markt is. Naarmate de wetenschap vordert, hopen de ontwerpers dat thermo-akoestische modellen uiteindelijk de conventionele koelkasten zullen overtreffen in termen van betrouwbaarheid, omdat ze minder bewegende delen hebben om af te breken.
9Ultrasonisch lassen
Sinds de jaren zestig worden ultrasone golven gebruikt voor het lassen van kunststoffen. Het werkt door twee thermoplastische materialen samen te drukken op een aambeeld. Ultrasone golven worden vervolgens door een hoorn gevoerd die hun moleculen vibreert, waardoor wrijving ontstaat die warmte veroorzaakt. Het eindresultaat is twee stukken die zeer gelijkmatig en sterk aan elkaar zijn gesmolten.
Zoals vele technologieën, werd het per ongeluk ontdekt. Robert Soloff had gewerkt aan ultrasone filmafdichtingstechnologie toen de sonde die hij vasthadde per ongeluk een Scotch-tapedispenser op zijn bureau aanraakte. Het ongeval las de twee helften van de dispenser aan elkaar, waardoor hij zich realiseerde dat geluidsgolven langs de hoeken en zijkanten van stijve kunststoffen konden bewegen om verbindingen te bereiken. Na zijn ontdekking ontwikkelden en patenteerden Soloff en zijn collega's wat ze de ultrasone uitzetmethode noemden.
Sindsdien is ultrasoon lassen wijdverbreid gebruikt in vele industrieën. Van luiers tot auto's, de technologie wordt overal gebruikt, plastic moet aan elkaar worden gelijmd. Onlangs is de Amerikaanse marine begonnen met het experimenteren met het gebruiken van "gelaste naden" voor zijn uniformen. Zolang het materiaal van de kleding een thermoplastisch nylon is, kan ultrasoon lassen worden gebruikt om naden sterker, lichter en isolerender te maken dan traditioneel genaaid.
Maar terwijl kledingbedrijven als Patagonia en Northface al gelaste naden gebruiken in hun kledinglijnen, is het militaire gebruik ervan nog steeds alleen experimenteel. De technologie wordt meestal gebruikt voor rechte naden, niet voor hoeken. En het is duur. Voor nu is de goedkoopste en meest veelzijdige methode nog steeds met de hand genaaid.
8 Creditcardgegevens invullen
Onderzoekers hebben een manier gevonden om gegevens van computer naar computer te verzenden met alleen geluid. Helaas maken ze zich zorgen omdat het een zeer effectieve manier is om virussen te verzenden.
Beveiligingsadviseur Dragos Ruiu bedacht het idee na het opmerken van iets vreemds aan zijn MAcBook Air: na installatie van OS X, heeft zijn computer zijn opstartfirmware spontaan bijgewerkt. Het had een zeer krachtig virus dat geen opstarten van een CD-ROM toestond, gegevens kon verwijderen en wijzigingen naar wens kon aanbrengen. Zelfs na het wissen, opnieuw installeren en opnieuw configureren van het volledige systeem, bleef het probleem bestaan. De meest plausibele theorie voor de schijnbare onsterfelijkheid van het virus was dat het zich in het basisinvoer / -uitvoersysteem (BIOS) bevond, waardoor het ondanks verwijderingspogingen kon blijven bestaan. De andere, onwaarschijnlijk, was dat het hoogfrequente transmissies gebruikte die tussen luidsprekers en microfoons werden doorgegeven om gegevens te verzenden.
De vreemde theorie is redelijk onwaarschijnlijk, maar het is op zijn minst mogelijk gebleken dat een Duits instituut een manier vond om het effect te reproduceren. Op basis van software die is ontwikkeld voor onderwatercommunicatie, hebben ze een malware-prototype ontwikkeld dat gegevens verzendt via niet-gekoppelde laptops met alleen hun luidsprekers. In tests konden laptops communiceren tot op 20 meter afstand. Het bereik kan verder worden uitgebreid door geïnfecteerde apparaten te koppelen aan een netwerk, vergelijkbaar met wifi-repeaters.
Het goede nieuws is dat de akoestische transmissie extreem traag is en slechts 20 bits per seconde haalt. Hoewel dat niet genoeg is om grote pakketten over te zetten, volstaat het om bursts met informatie te verzenden, zoals toetsaanslagen, wachtwoorden, creditcardnummers en coderingssleutels. Omdat de huidige malware dit allemaal sneller en beter kan doen, is het onwaarschijnlijk dat er binnenkort een nieuwe akoestische dreiging opduikt.
7 Akoestische scalpels
Artsen maken al gebruik van geluidsgolven voor medische ingrepen zoals echografie en het uiteenvallen van nierstenen, maar onderzoekers van de University of Michigan hebben een akoestisch scalpel gemaakt, zo fijn dat het een enkele cel nauwkeurig kan losmaken. De huidige gerichte ultrasone technologie kan alleen een straal maken met een brandpunt van ongeveer enkele millimeters, maar hun nieuwe instrument heeft een nauwkeurigheid van 75 x 400 micrometer.
De algemene technologie bestaat al sinds het einde van de 19e eeuw, maar de nieuwe scalpel werd mogelijk gemaakt door een lens gecoat in koolstofnanobuisjes en een materiaal genaamd polydimethysiloxaan te gebruiken om licht om te zetten in hogedruk geluidsgolven. Scherp genoeg geconcentreerd creëren de geluidsgolven schokgolven en microbelletjes die druk uitoefenen op een microscopisch niveau. Het is al getest door een enkele eierstokkankercel los te maken en een gat van 150 micrometer te boren in een kunstniersteen. De ontwerpers hopen dat het uiteindelijk kan worden gebruikt om medicijnen af te leveren of om kleine kankertumoren of plaques te elimineren. Het kan zelfs in staat zijn om die bewerkingen pijnloos uit te voeren, omdat de bundel zo fijn is dat het zenuwcellen kan vermijden.
6Lease uw mobiele telefoon met uw stem
Onderzoekers gebruiken nanotechnologie om energie uit verschillende bronnen te winnen om elektriciteit op te wekken. Een van hun doelen is het maken van apparaten die niet hoeven te worden opgeladen. Vooral Nokia heeft zelfs een apparaat gepatenteerd dat energie van beweging oogst.
En omdat geluid alleen de gassen in de lucht comprimeert en expandeert, wat beweging is, is het een levensvatbare energiebron. Onderzoekers experimenteren met manieren waarop je je mobiele telefoon eenvoudig kunt opladen door hem te gebruiken, zolang je hem maar gebruikt om te bellen. In 2011 gebruikten onderzoekers in Seoul nano-staafjes zinkoxide die ingeklemd zitten tussen twee elektroden om elektriciteit te genereren uit geluidsgolven. De technologie kon 50 millivolt genereren uit het volume van luidruchtig verkeer. Dat is niet genoeg om de meeste elektrische apparaten op te laden, maar vorig jaar lukte het Londense technici om een apparaat te maken dat 5 volt kan produceren, genoeg om een telefoon op te laden.
Hoewel het opladen van mobiele telefoons met geluid goed nieuws is voor grote sprekers, zal het ook een impact hebben op de ontwikkelingslanden. Dezelfde thermoakoestische technologie die de koelkast maakte, kan ook worden gebruikt om geluid om te zetten in elektriciteit. De Score-Stove is een fornuis en koelkast die de energie die wordt gebruikt bij het koken met biomassa-brandstoffen uitloogt voor het produceren van kleine hoeveelheden elektriciteit, ongeveer 150 watt. Dat is niet veel, maar het is genoeg om de 1,3 miljard mensen op aarde beperkte stroom te bieden zonder toegang tot elektriciteit.
5Het menselijk lichaam veranderen in een microfoon
Onderzoekers van Disney hebben een apparaat gemaakt dat het menselijk lichaam in een microfoon verandert. Riep de "Ishin-Den-Shin" naar de Japanse uitdrukking voor communicatie via onuitgesproken wederzijds begrip, het staat iemand toe om woordeloos een opgenomen bericht door te geven door het oor van iemand anders aan te raken.
Het apparaat dat ze hebben gemaakt, bevat een microfoon die op een computer is aangesloten. Wanneer iemand in de microfoon spreekt, slaat de computer het op als een lusopname, die vervolgens wordt omgezet in een onhoorbaar signaal dat wordt verzonden via een draad die op de microfoon is aangesloten. Het signaal gaat van de microfoon naar het lichaam van iedereen die hem vasthoudt, wat een gemoduleerd elektrostatisch veld produceert dat een kleine trilling veroorzaakt als de persoon iets aanraakt. De trilling kan worden gehoord als de persoon het oor van iemand anders raakt. Het kan zelfs van persoon op persoon worden overgedragen als de groep fysiek contact heeft.
4Spying
Soms creëert de wetenschap iets waar zelfs James Bond alleen maar van kon dromen. Onderzoekers van MIT, Microsoft en Adobe hebben een algoritme ontwikkeld dat passieve geluiden kan lezen van levenloze objecten in video. Hun algoritme analyseert de onmerkbare trillingen die geluidsgolven maken op oppervlakken en maakt ze hoorbaar. Eén experiment herstelde de verstaanbare spraak uit een zakje chips op 4,5 meter afstand via geluiddicht glas.
Voor de beste resultaten vereist het algoritme dat de frames van de video per seconde hoger zijn dan de frequentie van het audiosignaal, waarvoor een hogesnelheidscamera vereist is. Voor mindere resultaten, kan het ook worden gebruikt met een gewone digitale camera om dingen te identificeren zoals het aantal sprekers in een kamer en hun geslacht-mogelijk zelfs hun identiteit. De nieuwe technologie heeft overduidelijke toepassingen voor forensisch, wetshandhavings- en spionoorlogen. Met deze nieuwe technologie hoeft iemand alleen maar een digitale hogesnelheidscamera in het venster te richten om te kunnen vastleggen wat er zich binnenin afspeelt.
3 Akoestisch Cloaking
Onderzoekers hebben een apparaat gemaakt dat voorwerpen voor geluid kan verbergen. Het ziet eruit als een bizarre piramide vol met gaten, maar de vorm verandert het traject van geluidsgolven om overeen te komen met hoe ze eruit zouden zien als ze een vlak oppervlak hadden weerkaatst. Als u de akoestische mantel op een object op een plat oppervlak plaatst, verdwijnt deze uit het geluid, ongeacht vanuit welke hoek u hem waarneemt.
Hoewel het misschien niet kan voorkomen dat iemand van buitenaf een gesprek afluistert, kan het objecten maskeren op plaatsen waar akoestiek van belang is, zoals concertzalen. Omdat het onderzoek werd uitgevoerd met subsidies van het Amerikaanse leger, hebben ze waarschijnlijk hun oog op iets groters. Het houdt geen geluid binnen, maar het heeft de potentie om objecten te verbergen voor op geluid gebaseerde detectiesystemen zoals sonar. Aangezien geluid onder water op dezelfde manier als door de lucht reist, kan akoestische verhulling uiteindelijk onderzeeërs onzichtbaar maken voor detectie.
2Tractor balken
Jarenlang hebben wetenschappers geprobeerd om technologie uit te brengen Star Trek tot leven, niet de minste daarvan is de trekstraal. Terwijl veel onderzoek zich concentreert op optische tralieliggers die warmte gebruiken om objecten te verplaatsen, is die technologie beperkt tot artikelen van slechts een fractie van een millimeter in de breedte. Ultrasone trekstangen tonen echter aan dat ze grotere objecten kunnen verplaatsen - ongeveer 1 centimeter (0,4 inch). Dat klinkt misschien nog steeds klein, maar de nieuwe balk heeft een miljard keer meer kracht dan de vorige modellen.
Door twee ultrasone bundels op een doelwit te richten, kan een voorwerp naar de bron van de straal worden getrokken door de golven ertegen te stuiteren en ze in tegengestelde richtingen te verspreiden. Hoewel de wetenschappers niet in staat waren de beste soort golf voor hun techniek te maken (een "Bessel-straal" genoemd), waren ze toch in staat om het voldoende te benaderen om een werkende trekstraal te maken. In de toekomst zou de technologie kunnen worden gebruikt om voorwerpen en vloeistof in het lichaam te richten. Het zou een enorme zegen voor het medische veld zijn als het wordt gebruikt om medicijnen te leveren op de exacte locatie waar ze nodig zijn. Helaas voor Star Trek fans kunnen geluid echter niet verplaatsen in het vacuüm van de ruimte, dus het zal geen schepen redden die in nood verkeren.
1Haptische hologrammen
De wetenschap werkt ook aan een ander stuk Star Trek technologie - het holodek. Hoewel het niet zo geavanceerd is als in sci-fi-films, is hologramtechnologie niets nieuws. Maar een van de grootste hindernissen bij het maken van een werkend holodeck is dat de wetenschap tot nu toe niet in staat is geweest tactiele sensaties te reproduceren. Ingenieurs aan de universiteit van Bristol ontwikkelen wat zij UltraHaptics-technologie noemen, en dat doet precies dat.
Oorspronkelijk was de technologie ontwikkeld om kracht op je huid uit te oefenen bij het maken van gebaren om bepaalde apparaten te bedienen. Een monteur met vuile handen kan het bijvoorbeeld gebruiken om door een handleiding te bladeren. Het is een beetje alsof je Amazon's Kindle het gevoel geeft een fysieke pagina om te slaan.
Omdat de technologie geluid gebruikt om trillingen te produceren die het gevoel van aanraking nabootsen, kan het sensitiviteitsniveau worden gewijzigd. Een 4-hertz-vibratie voelt bijvoorbeeld als zware regendruppels, terwijl 125 voelt alsof je schuim aanraakt. Voorlopig is het enige nadeel dat de frequenties door honden kunnen worden gehoord, maar de ontwerpers zeggen dat ze dat kunnen oplossen.
Ze hebben hun apparaat nu uitgebreid met virtuele vormen zoals bollen en piramides. Er wordt echter niet echt een virtuele vorm geprojecteerd. In plaats daarvan werkt het met behulp van sensoren die je hand volgen en op de juiste manier de geluidsgolven afvuren. Voorlopig missen de objecten veel details en zijn er enige vormverschillen, maar de ontwerpers zeggen dat zodra de technologie is gekoppeld aan een zichtbaar hologram, het menselijk brein het zal aanpassen aan het algehele beeld. Ze hopen het te kunnen gebruiken in een reeks producten, van videogames tot apparaten waarmee artsen een object fysiek kunnen onderzoeken in een CT-scan.