Звуком начнут делать операции и маскировать объекты

Акустические скальпели

Ученые Мичиганского университета произвели настоящую революцию в медицине, превратив ультразвуковые волны в тончайший скальпель. Он позволяет производить манипуляции без хирургического вмешательства. Направленные ультразвуковые волны, используемые в большинстве медицинских установок, имеют относительно большой фокус в несколько миллиметров. Но для таких сложных процедур, как, например, удаление отложений холестерина на стенках кровеносных сосудов или раковых клеток, ультразвук такого фокуса применять невозможно. Для того чтобы получить миниатюрный луч, ученые использовали комбинацию углеродных нанотрубок и света лазера. Изменяя некоторые параметры лазерного луча, получили фокус размером в 75 на 400 микрометров.

Благодаря небольшому размеру ультразвуковой луч может предельно аккуратно работать с любым органом, ликвидируя как кровяные сгустки, так и клетки раковой опухоли, причем соседние ткани при этом не травмируются. Технология может также использоваться для точечной доставки лекарственных препаратов и проведения косметических операций.

Тактильные голограммы

Воплощают в реальность ученые и еще одно творение из мира фантастики - голограмму. Хотя технология уже отнюдь не нова, она до недавних пор обладала существенным недостатком - изображение невозможно было почувствовать. Инженеры Бристольского университета создали усовершенствованную систему UltraHaptics, позволяющую осязать голограммы. Технология основана на принципе направленного ультразвука. Вокруг голографического объекта находятся ультразвуковые динамики, ориентация которых зависит от положения человеческой руки. Движение ладони в воздухе отслеживается контроллером LeapMotion, данные которого меняют положение динамиков в пространстве - их ультразвуковое излучение и оказывает воздействие на кожу.

Такая система может использоваться не только в индустрии развлечений, но и многих других сферах. Например, хирурги смогут на голографическом объемном изображении исследовать снимки, инженеры - тестировать новые конструкции, а в музеях посетителям разрешат прикасаться к экспонатам.

Шпионаж

Специалисты Массачусетского технологического института совместно с компаниями Microsoft и Adobe разработали алгоритм, позволяющий распознавать аудиоинформацию путем анализа вибраций объекта, снятого на видео. В процессе экспериментов ученые смогли детально восстановить речь с помощью колебаний пакета картофельных чипсов, снятого на расстоянии в 4,5 метра через звуконепроницаемое стекло, а также используя вибрации алюминиевой фольги, поверхности воды и даже листьев комнатных растений.

Когда звук попадает на объект, он заставляет его вибрировать. Эта вибрация создает очень тонкий визуальный сигнал, который невозможно разглядеть невооруженным глазом. Чтобы воссоздать звук, алгоритм пропускает последовательные кадры видео через графические фильтры, измеряющие колебания в горизонтальных, вертикальных и диагональных направлениях и через несколько разных шкал. Ученым удалось вывести информацию о высокочастотных колебаниях даже из видео, записанного в стандартной частоте 60 кадров в секунду. Технологию намереваются применять правоохранительные органы, службы разведки, она также пригодится в проведении судебно-медицинской экспертизы.

Притягивающий луч

Фантасты уже давно предрекли возможность использования света и звука для буксировки или отталкивания предметов. Теперь же подобные технологии воплощаются в жизнь. Специалисты Университета Сиднея создали "оптический пинцет", способный с помощью света перемещать мельчайшие объекты, например вирусы. Аналогичная технология легла и в основу разработок NASA: таким образом в будущем будут забираться атмосферные и космические пробы. Самой последней разработкой в этой области стал акустический тяговый луч, созданный в шотландском Университете Данди. Тысячи ультразвуковых излучателей используют для перемещения небольших полых объектов размером до нескольких сантиметров. Обычно подобное воздействие ультразвука отталкивает предмет от источника излучения, но, изменив угол воздействия, удалось создать зону низкого давления и притянуть предмет. В отличие от тягового луча из звездных войн технология непригодна для использования в космосе, поскольку звук не может распространяться в вакууме. Зато она будет применяться в медицине, например для манипулирования органами под кожей или купирования больных клеток.

Полное исчезновение

За последнее время исследователи представили сразу несколько технологий невидимости. Они были основаны на способности некоторых материалов искривлять световые волны и воспроизводить фон, который находится позади панели из такого материала. Либо в основе технологии лежало использование белка рефлектина, способного подстраиваться под свет с разной длиной волны (благодаря ему невидимыми становятся каракатицы, кальмары и осьминоги). Теперь же представлен и "звуковой" вариант технологии невидимости. Недавно специалисты Калифорнийского университета Беркли презентовали так называемую "акустическую бутылку", которая делает невидимыми попадающие внутрь нее объекты. Технология основана на ювелирном управлении фазой, частотой и амплитудой звуковых волн, генерируемых излучателями очень широкого динамического диапазона. Увеличив количество излучателей до 100, ученые сумели преломить звуковые волны в трех измерениях и сформировать "акустическую бутылку", стенки которой сформированы областями высокого давления, а в центре находится область с низким давлением. Такая разница и создает силу, удерживающую любую попавшую туда частицу.

Технология прежде всего предназначена для создания плащей-невидимок, делающих объекты невидимыми для акустических радаров и сонаров. Кроме того, разработку планируют применять в медицине - в качестве акустического пинцета, способного манипулировать отдельными молекулами в растворе, живыми клетками и более крупными объектами. Возможность направлять звуковые волны по определенному пути также может быть использована для существенного увеличения разрешающей способности ультразвукового сканирования. А заставляя ультразвуковые колебания огибать внутренние органы и кости, можно значительно увеличить глубину проникновения без увеличения мощностей излучателей, что сделает ультразвук максимально безопасным для человека.

Опубликовано в еженедельнике "Деловая столица" от 23 февраля 2015 (№8/718)