10 delle cose più incredibili che la scienza sta facendo con il suono

Quando pensiamo al futuro della tecnologia, spesso trascuriamo un campo che sta facendo incredibili progressi: l'acustica. Il suono sta dimostrando di essere uno degli elementi costitutivi fondamentali del futuro. La scienza lo sta usando per fare cose più interessanti che mai, e nei prossimi anni ne sentiremo sicuramente molte altre.

10Refrigeration

Un team di ricercatori della Penn State University, sponsorizzato da Ben e Jerry's, ha realizzato un frigorifero che fa rabbrividire il cibo con il suono. Funziona sul principio che le onde sonore comprimono ed espandono l'aria intorno a loro, che riscalda e raffredda l'aria rispettivamente. Normalmente, le onde sonore influenzano le temperature non più di 1 / 10.000 di grado, ma si possono avere effetti molto più grandi mettendo il gas all'interno del frigorifero sotto una pressione molto maggiore, vale a dire circa 10 atmosfere. Il congelatore termoacustico, come viene chiamato, pressurizza il gas all'interno della sua camera di raffreddamento e lo scalda con più di 173 decibel di suono, generando calore. All'interno, una serie di piastre metalliche all'interno del percorso delle onde sonore assorbe il calore e lo consegna a un sistema di scambiatori di calore. Il calore viene rimosso e il contenuto del frigorifero è raffreddato.

Il sistema è stato sviluppato come alternativa più rispettosa dell'ambiente ai frigoriferi tradizionali. A differenza dei modelli tradizionali, che utilizzano refrigeranti chimici che danneggiano l'atmosfera, il frigorifero termoacustico funziona molto bene con gas inerti come l'elio. Dato che l'elio uscirà dall'atmosfera se dovesse sfuggire, rende la nuova tecnologia molto più ecologica di qualsiasi altra attualmente sul mercato. Con l'avanzare della scienza, i suoi progettisti sperano che i modelli termoacustici supereranno i frigoriferi convenzionali in termini di affidabilità poiché hanno meno parti mobili da abbattere.

9 Saldatura ad ultrasuoni

Le onde ultrasoniche sono state utilizzate per saldare le materie plastiche insieme dagli anni '60. Funziona comprimendo due materiali termoplastici insieme sopra un'incudine. Le onde ultrasoniche vengono quindi alimentate attraverso un clacson che fa vibrare le loro molecole, provocando l'attrito che causa calore. Il risultato finale sono due pezzi fusi insieme in modo molto uniforme e forte.

Come molte tecnologie, è stato scoperto per caso. Robert Soloff aveva lavorato sulla tecnologia di sigillatura di film ad ultrasuoni quando la sonda che teneva accidentalmente toccava un distributore di nastro scozzese sulla sua scrivania. L'incidente saldò le due metà del dispensatore, il che gli fece capire che le onde sonore potevano viaggiare lungo gli angoli e i lati della plastica rigida per raggiungere le articolazioni. Alla sua scoperta, Soloff e i suoi colleghi hanno sviluppato e brevettato quello che chiamavano il metodo di puntamento a ultrasuoni.

Da allora, la saldatura a ultrasuoni ha trovato un uso diffuso in molti settori. Dai pannolini alle automobili, la tecnologia viene utilizzata ovunque le materie plastiche devono essere unite tra loro. Recentemente, la US Navy ha iniziato a sperimentare con l'utilizzo di "cuciture saldate" per le sue uniformi. Finché il materiale dell'abbigliamento è un materiale termoplastico come il nylon, la saldatura a ultrasuoni può essere utilizzata per realizzare cuciture più resistenti, più leggere e più isolanti rispetto a quelle tradizionali.

Ma mentre aziende di abbigliamento come Patagonia e Northface stanno già usando cordoni saldati nelle loro linee di abbigliamento, il loro uso militare è ancora solo sperimentale. La tecnologia viene in genere utilizzata per cuciture diritte, non per quelle che ruotano gli angoli. Ed è costoso Per ora, il metodo più economico e più versatile è ancora la cucitura a mano.

8Stealing Info carta di credito

I ricercatori hanno trovato un modo per trasmettere dati da un computer all'altro usando il solo suono. Sfortunatamente, sono preoccupati perché è un modo molto efficace per trasmettere virus.

Il consulente per la sicurezza Dragos Ruiu ha avuto l'idea dopo aver notato qualcosa di strano sul suo MAcBook Air: dopo aver installato OS X, il suo computer ha aggiornato il suo firmware di avvio in modo spontaneo. Aveva un virus molto potente che non permetteva l'avvio di un CD-ROM, poteva cancellare dati e apportare modifiche a piacimento. Anche dopo la cancellazione, la reinstallazione e la riconfigurazione dell'intero sistema, il problema rimaneva. La teoria più plausibile per l'apparente immortalità del virus era che risiedeva nel sistema di input / output di base (BIOS), che gli avrebbe permesso di rimanere nonostante i tentativi di rimozione. L'altro, improbabile, era che stava usando trasmissioni ad alta frequenza passate tra altoparlanti e microfoni per trasmettere dati.

La strana teoria è abbastanza improbabile, ma è stata dimostrata almeno possibile quando un istituto tedesco ha trovato un modo per riprodurre l'effetto. Basandosi su un software sviluppato per la comunicazione subacquea, hanno sviluppato un prototipo di malware che inviava i dati su laptop non collegati in rete utilizzando solo i loro altoparlanti. Nei test, i laptop potevano comunicare fino a 20 metri (65 piedi) di distanza. La gamma potrebbe essere ulteriormente estesa collegando i dispositivi infetti insieme in una rete, simile ai ripetitori Wi-Fi.

La buona notizia è che la trasmissione acustica è estremamente lenta, raggiungendo solo 20 bit al secondo. Mentre questo non è sufficiente per trasferire pacchetti di grandi dimensioni, è sufficiente inviare scoppi di informazioni come sequenze di tasti, password, numeri di carte di credito e chiavi di crittografia. Dal momento che il malware attuale può già fare tutto questo più velocemente e meglio, è improbabile che una nuova minaccia acustica emergerà presto.

7 Bisturi acustici

I medici usano già le onde sonore per procedure mediche come gli ultrasuoni e rompere a parte i calcoli renali, ma i ricercatori dell'Università del Michigan hanno realizzato un bisturi acustico così sottile da poter staccare con precisione una singola cellula. L'attuale tecnologia a ultrasuoni focalizzata non può che creare un raggio che ha un punto focale di circa diversi millimetri, ma il loro nuovo strumento ha una precisione di 75 x 400 micrometri.

La tecnologia generale è in circolazione dalla fine del 1800, ma il nuovo bisturi è stato reso possibile utilizzando una lente rivestita in nanotubi di carbonio e un materiale chiamato polidimetisilossano per convertire la luce in onde sonore ad alta pressione. Focalizzati abbastanza strettamente, le onde sonore creano onde d'urto e microbolle che esercitano pressione a livello microscopico. È già stato testato staccando una singola cellula del carcinoma ovarico e perforando un foro di 150 micrometri in un calcolo renale artificiale. I progettisti sperano che possa eventualmente essere utilizzato per fornire farmaci o per eliminare piccoli tumori o placche tumorali. Potrebbe anche essere in grado di eseguire queste operazioni senza dolore poiché il raggio è così sottile da poter evitare le cellule nervose.

6Carica il tuo telefono cellulare con la tua voce

I ricercatori stanno usando le nanotecnologie per raccogliere energia da una varietà di fonti per generare elettricità. Uno dei loro obiettivi è la creazione di dispositivi che non devono essere caricati. Nokia in particolare ha persino brevettato un dispositivo che raccoglie energia dal movimento.

E poiché il suono è solo comprimendo ed espandendo i gas nell'aria, che è movimento, ciò lo rende una fonte di energia vitale. I ricercatori stanno sperimentando modi in cui puoi ricaricare il tuo cellulare semplicemente usandolo, a condizione che tu lo stia utilizzando per effettuare una chiamata. Nel 2011, i ricercatori di Seoul hanno utilizzato nano-barre di ossido di zinco inserite tra due elettrodi per generare elettricità dalle onde sonore. La tecnologia è stata in grado di generare 50 millivolt dal volume del traffico rumoroso. Questo non è sufficiente per caricare la maggior parte dei dispositivi elettrici, ma l'anno scorso gli ingegneri di Londra sono riusciti a creare un dispositivo in grado di produrre 5 volt, abbastanza per ricaricare un telefono.

Mentre caricare i telefoni cellulari con il suono è una buona notizia per i grandi oratori, avrà anche un impatto sul mondo in via di sviluppo. La stessa tecnologia termoacustica che ha reso il frigorifero può essere utilizzata anche per convertire il suono in elettricità. The Score-Stove è un fornello e un frigorifero che liscivia l'energia utilizzata dalla cottura con combustibili a biomassa per produrre piccole quantità di elettricità, circa 150 watt. Non è molto, ma è sufficiente a fornire energia limitata a 1,3 miliardi di persone sulla Terra senza accesso all'elettricità.

5Attaccare il corpo umano in un microfono

I ricercatori della Disney hanno realizzato un dispositivo che trasforma il corpo umano in un microfono. Chiamato "Ishin-Den-Shin" dopo l'espressione giapponese per comunicare attraverso una comprensione reciproca inespressa, permette a qualcuno di passare senza parole un messaggio registrato toccando semplicemente l'orecchio di un'altra persona.

Il dispositivo che hanno realizzato include un microfono collegato a un computer. Quando qualcuno parla al microfono, il computer lo memorizza come una registrazione in loop, che viene poi convertita in un segnale non udibile che viene trasmesso attraverso un filo collegato al microfono. Il segnale trasferisce dal microfono al corpo di chiunque lo tenga, il che produce un campo elettrostatico modulato che provoca una piccola vibrazione se la persona tocca qualcosa. La vibrazione può essere udita se la persona tocca l'orecchio di qualcun altro. Può anche essere trasferito da persona a persona a persona se il gruppo è in contatto fisico.

4Spying

A volte, la scienza crea qualcosa che persino James Bond poteva solo sognare. I ricercatori del MIT, Microsoft e Adobe hanno sviluppato un algoritmo in grado di leggere i suoni passivi dagli oggetti inanimati nel video. Il loro algoritmo analizza le vibrazioni impercettibili che le onde sonore producono sulle superfici e le rende udibili. Un esperimento ha recuperato il discorso intelligibile da un sacchetto di patatine a una distanza di 4,5 metri (15 piedi) da un vetro insonorizzato.

Per ottenere i migliori risultati, l'algoritmo richiede che i fotogrammi del video al secondo siano più alti della frequenza del segnale audio, che richiede una fotocamera ad alta velocità. Per risultati minori, può essere utilizzato anche con una normale fotocamera digitale per identificare cose come il numero di altoparlanti in una stanza e il loro genere, forse anche le loro identità. La nuova tecnologia ha usi ovvi per indagini forensi, forze dell'ordine e guerre spionistiche. Con questa nuova tecnologia, tutto ciò che qualcuno deve fare è puntare una fotocamera digitale ad alta velocità nella finestra per poter registrare qualsiasi cosa stia accadendo all'interno.

3Cloaking acustico

Credito fotografico: pratt.duke.edu

I ricercatori hanno realizzato un dispositivo in grado di nascondere oggetti dal suono. Sembra una bizzarra piramide piena di buchi, ma la forma altera la traiettoria delle onde sonore per adattarsi a come sarebbero se fossero riflessi su una superficie piana. Se posizioni il mantello acustico su un oggetto su una superficie piana, scompare dal suono indipendentemente dall'angolo da cui lo osservi.

Mentre potrebbe non essere in grado di impedire a chiunque di intercettare una conversazione dall'esterno, può mascherare oggetti in luoghi dove l'acustica è importante, come le sale da concerto. Dal momento che la ricerca è stata effettuata con sovvenzioni dall'esercito americano, però, probabilmente hanno gli occhi puntati su qualcosa di più grande. Non mantiene l'audio, ma ha il potenziale per nascondere gli oggetti dai sistemi di rilevamento basati sul suono come il sonar. Poiché il suono viaggia sott'acqua in modo simile a quello dell'aria, il cloaking acustico potrebbe rendere i sottomarini invisibili al rilevamento.

2 Travi dei trattori

Credito fotografico: Stuart Hay, ANU

Per anni, gli scienziati hanno cercato di portare la tecnologia Star Trek alla vita, non ultimo il raggio del trattore. Mentre molte ricerche si concentrano sui fasci di trattori ottici che usano il calore per spostare oggetti, la tecnologia è stata limitata a oggetti di una larghezza di pochi millimetri. I fasci di trattori ultrasonici, tuttavia, stanno dimostrando che possono spostare oggetti più grandi, circa le dimensioni di 1 centimetro (0,4 in). Potrebbe sembrare ancora piccolo, ma il nuovo raggio ha un miliardo di volte più forza rispetto ai modelli precedenti.

Mettendo a fuoco due raggi ultrasonici su un bersaglio, un oggetto può essere tirato verso la sorgente del raggio rimbalzando le onde e diffondendole in direzioni opposte. Sebbene gli scienziati non siano stati in grado di creare il miglior tipo di onda per la loro tecnica (chiamata "trave di Bessel"), erano comunque in grado di approssimarla abbastanza da realizzare un raggio di lavoro del trattore. In futuro, la tecnologia potrebbe essere utilizzata per dirigere oggetti e fluidi nel corpo. Sarebbe un enorme vantaggio nel campo della medicina se dovesse essere utilizzato per fornire farmaci nel luogo esatto in cui sono necessari. Purtroppo per Star Trek i fan, però, il suono non può viaggiare nel vuoto dello spazio, quindi non sta salvando nessuna nave in pericolo.

1 ologrammi aptici

La scienza sta anche lavorando su un altro pezzo di Star Trek tecnologia: il ponte ologrammi. Sebbene non sia sofisticato come nei film di fantascienza, la tecnologia degli ologrammi non è una novità. Ma uno dei maggiori ostacoli alla creazione di un ponte ologrammi è che la scienza non è stata in grado di replicare sensazioni tattili, fino a poco tempo fa. Gli ingegneri dell'Università di Bristol stanno sviluppando quella che chiamano tecnologia UltraHaptics, che fa proprio questo.

Originariamente, la tecnologia è stata sviluppata per esercitare forza sulla pelle quando si eseguono gesti per controllare determinati dispositivi. Un meccanico con le mani sporche, ad esempio, potrebbe usarlo per sfogliare un manuale. È un po 'come dare ad Amazon's Kindle la sensazione di trasformare una pagina fisica.

Poiché la tecnologia utilizza il suono per produrre vibrazioni che replicano la sensazione tattile, il livello della sensazione può essere modificato. Per esempio, una vibrazione di 4 hertz sembra una pesante goccia di pioggia, mentre 125 sembra che tu stia toccando la schiuma. Per ora l'unico inconveniente è che le frequenze possono essere ascoltate dai cani, ma i progettisti dicono che possono aggiustarle.

Ora hanno avanzato il loro dispositivo per produrre forme virtuali come sfere e piramidi. Tuttavia, non è prevista la proiezione di una forma virtuale. Invece, funziona usando sensori che seguono la tua mano e sparano le onde sonore in modo appropriato. Per ora, gli oggetti mancano di molti dettagli e presentano alcune discrepanze di forma, ma i progettisti dicono che una volta che la tecnologia è abbinata a un ologramma visibile, il cervello umano lo adatterà all'immagine complessiva. Sperano di usarlo in una gamma di prodotti, dai videogiochi ai dispositivi che consentiranno ai medici di esaminare fisicamente un oggetto in una scansione TC.