Hologram akustyczny – od science-fiction do realności

Literatura a następnie filmy science-fiction przyzwyczaiły nas do obrazów przedmiotów unoszących się w powietrzu, czy to za pomocą telekinezy, czy bliżej nieokreślonych praw fizyki. Stare wyobrażenia o niesamowitych zjawiskach i super-mocach wreszcie doczekały się naukowych potwierdzeń. Brytyjscy naukowcy wynaleźli promień nie tylko unoszący obiekty, ale i manipulujący nimi w różnych kierunkach.

Masowe zainteresowanie tego typu wyobrażeniami nastąpiło już pod koniec lat 20. XX wieku, gdy Edward Elmer Smith, zaczął publikować swoje książki o międzygwiezdnych podróżach zawierających wizjonerskie opisy technologii przyszłości. W powieści Smitha Spacehounds of IPC (1931) po raz pierwszy pojawiła się koncepcja wiązki trakcyjnej czyli hologramu akustycznego. Od lat 90. naukowcy starali się urzeczywistnić to, co od tak dawna fascynowało miliony miłośników science-fiction na całym świecie. Choć podróże międzygalaktyczne wciąż stanowią nieosiągalne wyzwanie, hologram akustyczny możemy już odhaczyć z listy technologii-do-wynalezienia.

Hologram akustyczny jest zdolny w niewidzialny sposób uchwycić i przenosić obiekt w powietrzu. Technologia ta polega na precyzyjnie odmierzonych sekwencjach fal dźwiękowych. Ich niskie natężenie pozwala chwytać niewielkie obiekty i manipulować nimi w przestrzeni.

Choć demonstracja hologramu akustycznego była jedynie laboratoryjnym eksperymentem, tę samą metodę można zaadoptować do manipulacji komórkami wewnątrz ludzkiego ciała, albo użyć jej przy aktywowanych akustycznie tabletkach medycznych, twierdzi współautor badań Bruce Drinkwater, inżynier mechanik na Uniwersytecie Bristol w Wielkiej Brytanii.

W przeszłości naukowcy używali wielu metod do unoszenia przedmiotów, od wiązek laserów do pól magnetycznych. Dopiero w 2014 roku, badacze z Uniwersytetu Dundee w Szkocji przedstawili hipotezę na temat zasysania obiektów przez wiązki trakcyjne.

Zasada funkcjonowania nowego systemu zdolnego manipulować przedmiotami zawieszonymi w powietrzu jest prosta: fale dźwiękowe o wysokim bądź niskim natężeniu, które przechodzą przez medium jak powietrze, produkują siłę.

Przy niewielkiej aranżacji wyzwalania fal dźwiękowych możliwe jest stworzenie pola o niskim natężeniu, które przeciwdziała grawitacji chwytając obiekt w powietrzu. Jednakże opracowanie dokładnego wzoru fal dźwiękowych tworzących siłę pociągową  jest już o wiele trudniejsze. Matematyczne równania rządzące ich zachowaniem nie mogą być rozwiązane przy pomocy kartki papieru i ołówka. Dlatego Drinkwater i jego współpracownicy opracowali stymulację komputerową niezliczonych wzorów fal dźwiękowych, by znaleźć jeden, który wytwarza charakterystyczną kombinację pola o niskim natężeniu otoczonego polem o wysokim natężeniu.

Badacze znaleźli trzy różne pola sił akustycznych, które mogą obracać, chwytać i manipulować obiektami. Pierwsze działa jak pęseta i wydaje się chwytać obiekty. Inne zamyka obiekty w klatę wysokiego natężenia. Trzeci typ działa podobnie jak wirujące tornado z obracającym się polem wysokiego natężenia fal dźwiękowych otaczającym pole niskiego natężenia wytwarzając „oko cyklonu”, które zatrzymuje obiekt w miejscu.

By osiągnąć cel grupa badawcza użyła 64 mini głośników wyprodukowanych przez firmę Ultrahaptics, które wytwarzają kunsztownie odmierzone fale dźwiękowe z dokładnością do mikrosekundy. Dawne systemy akustycznej lewitacji używały dwóch lub czterech grup konwertorów aby otoczyć system. Najnowszy model natomiast pozwala stworzyć to samo pole siły akustycznej używając jedynie jednej grupy konwertorów. Do demonstracji hologramu akustycznego naukowcy użyli malutkich kulek styropianowych.

Rozmiar pola o niskiej sile zależy od długości fali: im dłuższa fala, tym większy obszar niskiego natężenia. Nasilenie dźwięku determinuje maksymalną gęstość obiektu, który może zostać popchnięty lub pociągnięty przez siłę akustyczną.

W tym przypadku fale dźwiękowe działają między 140 i 150 decybeli. Gdyby człowiek mógł je usłyszeć byłaby to rozdzierająca uszy głośność, ale fale dźwiękowe działają na częstotliwości 40 kiloherców. Jest to fala długości zaledwie 1 centymetra, wiele wyższa niż zasięg ludzkiego słuchu natomiast słyszalna dla delfinów i psów.

Obecnie naukowcy unoszą lekkie styropianowe kuleczki mierzące do 5 milimetrów średnicy. Jednakże, aby system był użyteczny na przykład do operacji medycznych badacze będę musieli zminiaturyzować go, by manipulować obiektami w mikro-skali. Drinkwater uważa, że należy użyć wyższej częstotliwości fal dźwiękowych, by ulepszyć wynalazek tak by mógł sprostać wyznaczonym celom. Drinkwater podkreśla, że jest to relatywnie proste zadanie i wymaga jedynie dopracowania technologii. Być może w niedalekiej przyszłości dźwięki chwytające za serce nie pozostaną jedynie metaforą, a staną się realną praktyką medyczną.

Zastosowanie hologramów akustycznych w mikroskali jest faktem. Teraz czekamy na dalszy ciąg historii rodem z science-fiction i rozwój technologii hologramu akustycznego w skali kosmicznej.

Tractor beam – video

Źródło: Real-Life ‚Tractor beam’ Can Levitate Objects Using Sound Waves, Live Science [31.10.2015]

Zdjęcie: Live Science [31.10.2015]

Share Button

Powiązane wiadomości

Napisz odpowiedź

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola oznaczone są za pomocą *



© 2014 Centrum Schumpetera. WSZYSTKIE PRAWA ZASTRZEŻONE.