10. Охлаждение
Команда учёных из Университета штата Пенсильвания (Penn State University), спонсируемая компанией «Бен энд Джерриз» (Ben & Jerry’s), создала холодильник, который охлаждает пищу звуком. Он работает основываясь на том принципе, что акустические волны сжимают и расширяют окружающий их воздух, что, соответственно, нагревает и охлаждает воздух. Обычно акустические волны способны лишь незначительно повлиять на температуру, не более чем на 1/10000 градуса, тем не менее, они выяснили, что можно добиться более мощного эффекта, если в холодильник поместить газ под гораздо большим давлением – приблизительно в 10 атмосфер. Термоакустический морозильник, как его назвали учёные, сжимает газ в своей камере охлаждения и подвергает его более чем 173 децибелам звука, вырабатывая тепло. Внутри целый ряд металлических пластин, находящихся на пути акустических волн, впитывает тепло и направляет его в систему теплообменника. Тепло удаляется и содержимое холодильника охлаждается.
Эта система была разработана в качестве более экологически безвредной альтернативы традиционным холодильникам. В отличие от традиционных моделей, которые вредят окружающей среде, термоакустический холодильник отлично работает с инертными газами, такими как гелий. Исходя из того, что гелий просто испарится из атмосферы в случае утечки, новая технология является намного более безопасной для окружающей среды, чем любая другая доступная на данный момент на рынке. По мере развития науки разработчики этого холодильника надеются, что термоакустические модели, в конце концов, заменят традиционные холодильники в плане долговечности, так как в них находится гораздо меньше подвижных частей, которые могут сломаться.
9. Ультразвуковая сварка
Ультразвуковые волны используются для сварки пластика с 1960-ых годов. Процесс представляет собой сжатие двух термопластичных материалов на наковальне. Затем ультразвуковые волны пропускаются через звукоприёмник, который обеспечивает вибрацию их молекул, вызывая трение, выделяющее жар. В результате две пластины получаются очень ровно и надёжно сплавленными вместе.
Как и многие другие технологии, эта была обнаружена по совершенной случайности. Роберт Солов (Robert Soloff) работал над ультразвуковой технологией плёночного запечатывания, когда зонд, который он держал в руках, случайно коснулся подставки для скотча на его столе. Из-за этого обе половины подставки оказались спаянными вместе. Благодаря этому он понял, что акустические волны могли проходить по краям и сторонам жёсткого пластика, достигая швов. После его открытия Солов и его коллеги разработали и запатентовали то, что они назвали методом ультразвуковой клёпки.
С тех пор ультразвуковая сварка получила широкое распространение и применение во многих отраслях. От подгузников до автомобилей, эта технология используется везде, где нужно спаивать части пластика. Недавно Военно-морские силы США начали экспериментировать с применением этой технологии для изготовления «спаянных швов» для своих униформ. В случае если материал одежды является термопластичным, таким как нейлон, ультразвуковую сварку можно использовать для получения более крепких, лёгких и гораздо более изоляционных швов, по сравнению с теми, которые делаются методом прошивки.
Однако в то время как компании по производству одежды, такие как «Patagonia» и «Northface» уже используют спаянные швы в некоторых линиях своей одежды, военное использование этой технологии пока что остаётся на экспериментальной стадии. Технология обычно используется для прямых швов, а не для таких, где нужны поворотные швы. Кроме того, она достаточно дорогая. На данный момент самым дешёвым и разнообразным методом по-прежнему является сшивание вручную.
8. Кража информации о кредитной карточке
Исследователи нашли способ передавать данные с компьютера на компьютер, используя только звук. К сожалению, их беспокоит то, что это также является весьма эффективным способом передачи вирусов.
Консультанту по безопасности Драгошу Рую (Dragos Ruiu) пришла в голову эта идея после того, как он заметил странное поведение своего MacBook Air. После того как он установил OS X, его компьютер самопроизвольно перезагрузился. В компьютере был мощный вирус, который не позволял загружаться с CD-ROM-а, мог удалять данные и самопроизвольно вносить изменения. Даже после его удаления, переустановки и изменения конфигураций всей системы, проблема так и не была решена. Самая вероятная теория кажущегося бессмертия вируса заключается в том, что он находился в базовой системе ввода-вывода (BIOS), что позволяло ему оставаться в компьютере, несмотря на все попытки его удалить. Вторая теория, кажущаяся менее вероятной, состояла в том, что он использовал высокочастотную передачу между колонками и микрофонами, чтобы передавать данные.
Эта странная теория кажется маловероятной, однако её вероятность была доказана, когда немецкий институт обнаружил способ воспроизводить этот эффект. Основываясь на программном обеспечении, разработанном для подводной связи, они создали прототип вредоносной программы, который отправил данные через не подключённые к сети ноутбуки, используя только их колонки. В ходе тестирования ноутбуки могли обмениваться данными, даже находясь на расстоянии 20 метров. Расстояние может быть расширено путём связывания заражённых устройств в сеть, по принципу Wi-Fi ретрансляторов.
Хорошая новость заключается в том, что акустическая передача очень медленная и достигает всего лишь 20 битов с секунду. В то время как этой скорости не достаточно для передачи больших пакетов, её вполне хватает для отправки небольших объёмов информации, таких как нажатия клавиш, пароли, номера кредитных карт и ключей шифрования. Поскольку в настоящее время вредоносные программы и без того уже могут делать всё это быстрее и лучше, маловероятно, что новая акустическая угроза станет реальной проблемой в ближайшее время.
7. Акустические скальпели
Врачи уже используют акустические волны для таких медицинских процедур, как УЗИ и дробление камней в почках, однако исследователи из Университета штата Мичиган (University of Michigan) сделали акустический скальпель, причём настолько точный, что им можно отделить одну клетку. Современная технология сфокусированного ультразвука может создавать только луч, который обладает фокусным пятном приблизительно в несколько миллиметров, а новый инструмент обладает точностью в 75 х 400 микрометров.
Теоретически технология была известна ещё с конца 1800-х годов, но новый скальпель получилось создать только недавно с помощью линз с покрытием из углеродных нанотрубок и материала, под названием полидиметилсилоксан для преобразования света в звуковые волны высокого давления. Плотно сфокусированные акустические волны создают ударные волны и микропузырьки, которые оказывают давление на микроскопическом уровне. Он уже был протестирован и смог отсоединить одну клетку рака яичников, а также пробурить отверстие размером в 150 микрометров в искусственном почечном камне. Разработчики надеются, что он впоследствии сможет использоваться для введения лекарственных препаратов или для устранения небольших раковых опухолей или бляшек. Вполне возможно, что он сможет выполнять эти операции безболезненно, так как луч настолько точен, что он может избежать нервных клеток.
6. Подзарядка мобильного телефона с помощью голоса
Исследователи используют нанотехнологии для сбора энергии из различных источников для выработки электроэнергии. Одной из их целей является создание устройств, которые не нужно будет заряжать. В частности, компания «Nokia» даже запатентовала устройство, которое получает энергию от движения пользователя.
Поскольку звук, по сути, является колебательным движением воздуха, он является и потенциальным источником энергии. Исследователи экспериментируют с методами, посредством которых можно заряжать мобильный телефон просто используя его, конечно при условии, что вы используете его для разговора по телефону. В 2011 году исследователи из Сеула использовали нано-стержни оксида цинка, зажатые между двумя электродами для выработки электроэнергии из звуковых волн. Технология смогла сгенерировать 50 милливольт благодаря объему шумного трафика. Этого недостаточно для зарядки большинства электрических устройств. Тем не менее, в прошлом году инженерам из Лондона удалось создать устройство, которое может производить 5 вольт, чего вполне достаточно, чтобы зарядить телефон.
В то время как зарядка мобильных телефонов звуком является хорошей новостью для любителей поболтать, она также окажет положительное влияние на развивающиеся страны. Ту же термоакустическую технологию, которая использовалась для производства вышеописанных холодильников, можно использовать для преобразования звука в электричество. Счет-Плита является плитой и холодильником, который собирает энергию, используемую при приготовлении пищи с использованием биомассы в качестве топлива для выработки небольшого количества электроэнергии, приблизительно 150 ватт. Это небольшой объём, но его достаточно для обеспечения ограниченной мощности для 1,3 миллиарда человек на Земле, не имеющих доступа к электричеству.
5. Использование человеческого тела в качестве микрофона
Исследователи из Диснея создали устройство, которое превращает человеческое тело в микрофон. Это устройство, названое «Ишин-Ден-Шин» (Ishin-Den-Shin) (в переводе c японского обозначающего общение через негласное взаимопонимание), позволяет человеку молча передать записанное сообщение, просто коснувшись уха другого человека.
Устройство, которое они сделали, включает в себя микрофон, прикреплённый к компьютеру. Когда кто-то говорит в микрофон, компьютер сохраняет звук как повторяющуюся запись, которая затем преобразуется в неслышимый сигнал. Этот сигнал передаётся посредством провода, подключённого к микрофону. Сигнал передаётся от микрофона к телу любого человека, который его держит. В результате создаётся модулированное электростатическое поле, которое вызывает крошечные колебания, если человек дотрагивается до чего-либо. Вибрацию можно услышать, если человек прикасается к уху другого человека. Её даже можно передавать по цепочке от человека к человеку, если группа находится в физическом контакте.
4. Шпионаж
Иногда наука создает такие вещи, о которых даже Джеймс Бонд мог только мечтать. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), Microsoft и Adobe разработали алгоритм, который может считывать пассивные звуки с неодушевленных объектов на видео. Их алгоритм анализирует незаметные колебания, которые акустические волны создают на поверхностях и делают их слышными. В ходе одного эксперимента с пачкой чипсов была восстановлена внятная речь, записанная на расстоянии 4,5 метров через звуконепроницаемое стекло.
Для наилучших результатов алгоритма количество кадров в секунду видеопотока должно превышать частоту аудиосигнала, что требует высокоскоростной камеры. Для удовлетворительного результата алгоритм можно применять в случае обычной цифровой камеры для того, чтобы определять количество людей, разговаривающих в комнате, их пол и, возможно, даже их личности. Новая технология обладает очевидными применениями для судебно-медицинской экспертизы, правоохранительных органов и шпионских войн. С помощью этой новой технологии все, что вам нужно сделать - это направить высокоскоростной цифровой фотоаппарат в окно, чтобы записать всё, что происходит внутри.
3. Акустическая маскировка
Исследователи создали устройство, которое может скрывать объекты от звука. Оно выглядит как причудливая пирамида с множеством дырочек, однако такая форма изменяет траекторию звуковых волн так, чтобы она соответствовала тому, как она бы выглядела, если бы они отражались от плоской поверхности. Если вы поместите акустическую маскировку на объект на плоской поверхности, он будет недостижим для звука независимо от того, под каким углом вы его рассматриваете.
Хотя она и не может помешать кому-либо подслушивать разговор извне, эта технология способна маскировать объекты в местах, где акустика обладает большим значением, таких как концертные залы. Однако, учитывая тот факт, что исследование было проведено благодаря субсидиям от американских военных, они, скорее всего, будут использовать её для чего-то более важного. Устройство не удерживает звук внутри, но оно может скрывать объекты от систем обнаружения, основанных на звуке, таких как сонары. Поскольку звук проходит под водой таким же образом, как и в воздухе, акустическая маскировка может в конечном итоге помогать подводным лодкам оставаться невидимыми для систем обнаружения.
2. Притягивающие лучи
В течение многих лет учёные пытались сделать реальностью технологии из «Звёздного пути», не последней из которых являются притягивающие лучи. В то время как многие исследования фокусируются на оптических притягивающих лучах, которые используют тепло для перемещения объектов, эта технология была ограничена предметами шириной лишь в малую долю миллиметра. Однако ультразвуковые притягивающие лучи, скорее всего, будут способны перемещать большие объекты, размером в 1 сантиметр. Это может казаться незначительным достижением, но новый луч обладает в миллиард раз большей силой, чем предыдущие модели.
Фокусируя два ультразвуковых луча на мишени, предмет можно потянуть в сторону источника луча, отражая от него волны и разбрасывая их в разные стороны. Хотя учёные не смогли создать наилучший вид волн для своей техники (под названием «Луч Бесселя» (Bessel beam)), им всё же удалось приблизить его достаточно для того, чтобы притягивающие лучи работали. В будущем эту технологию можно будет использовать для направления предметов и жидкостей в организме. Такое достижение будет огромным благом для медицины, если оно поможет доставлять лекарство в точное место, где оно необходимо. К сожалению, для поклонников «Звёздного пути», звук не может путешествовать в безвоздушном пространстве, поэтому луч не будет спасать какие-либо космические корабли в бедственном положении.
1. Тактильные голограммы
Наука также работает над другой технологией из «Звёздного пути», голодеком. Хотя она не настолько сложная, как в научно-фантастических фильмах, в технологии голограммы нет ничего нового. Однако одним из самых больших препятствий на пути создания рабочего голодека является то, что наука пока не смогла реплицировать тактильные ощущения, но так было до недавнего времени. Инженеры из Университета Бристоля (University of Bristol) разрабатывают то, что они называют технологией «UltraHaptics», благодаря которой они смогут создать голодек.
Изначально технология была разработана для давления на вашу кожу при выполнении жестов для управления определёнными устройствами. Например, механик с грязными руками смог бы использовать её для того, чтобы пролистать руководство пользователя. Это немного похоже на то, как на Kindle от Amazon вы своего рода поворачиваете физическую страницу.
Поскольку технология использует звук для получения вибраций, которые воспроизводят ощущение прикосновения, уровень чувствительности можно модифицировать. К примеру, вибрации силой 4 Герца ощущаются как тяжёлые капли дождя, в то время как 125 Герц дают ощущение, будто вы прикасаетесь к пене. На данный момент единственным недостатком является то, что частоты могут слышать собаки, но разработчики говорят, что они смогут это исправить.
На данный момент они добились того, что их устройство может вырабатывать виртуальные формы, такие как сферы или пирамиды. Однако виртуальный размер не проецируется. Он работает при помощи сенсоров, которые следят за вашей рукой и в соответствии с её движениями выстреливают звуковыми волнами. На данный момент в предметах нет мелких деталей и иногда бывают ошибки в очертаниях, тем не менее, разработчики говорят, что как только технология будет наложена на визуальную голограмму, человеческий мозг научится правильно воспринимать выдаваемое изображение в целом. Они надеются использовать эту технологию в целом ряде продуктов, от компьютерных игр до устройств, которые позволят врачам физически осмотреть предмет на томографе.
