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10 der unglaublichsten Dinge, die die Wissenschaft mit Ton macht
Wenn wir an die Zukunft der Technologie denken, übersehen wir oft ein Feld, das unglaubliche Fortschritte macht - die Akustik. Der Sound erweist sich als einer der grundlegenden Bausteine der Zukunft. Die Wissenschaft nutzt es, um mehr coole Sachen zu machen als je zuvor, und in den kommenden Jahren werden wir sicher noch viel mehr davon hören.
10Kühlung
Ein Forscherteam der Penn State University, das von Ben und Jerry's gesponsert wird, hat einen Kühlschrank hergestellt, der Speisen mit Geräuschen kühlt. Es funktioniert nach dem Prinzip, dass Schallwellen die Luft um sie herum komprimieren und ausdehnen, wodurch die Luft erwärmt bzw. gekühlt wird. Normalerweise beeinflussen Schallwellen Temperaturen von nicht mehr als 1 / 10.000 Grad, aber weitaus größere Auswirkungen können erzielt werden, wenn das Gas im Kühlschrank einem weitaus höheren Druck ausgesetzt wird (etwa 10 Atmosphären). Der thermoakustische Gefrierschrank, wie er genannt wird, setzt das Gas in seiner Kühlkammer unter Druck und bläst es mit mehr als 173 Dezibel Schall auf, wodurch Wärme erzeugt wird. Im Inneren der Schallwellen absorbiert eine Reihe von Metallplatten die Wärme und gibt sie einem Wärmetauschersystem ab. Die Hitze wird entfernt und der Inhalt des Kühlschranks wird gekühlt.
Das System wurde als umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Kühlschränken entwickelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen, die chemische Kältemittel verwenden, die die Atmosphäre schädigen, arbeitet der thermoakustische Kühlschrank sehr gut mit inerten Gasen wie Helium. Da Helium beim Austritt nur aus der Atmosphäre austritt, macht es die neue Technologie weit grüner als alles, was derzeit auf dem Markt ist. Mit dem Fortschreiten der Wissenschaft hoffen die Entwickler, dass thermoakustische Modelle konventionelle Kühlschränke in Bezug auf die Zuverlässigkeit übertreffen werden, da sie weniger bewegliche Teile haben.
9 Ultraschallschweißen
Ultraschallwellen werden seit den 1960er Jahren verwendet, um Kunststoffe miteinander zu verschweißen. Dabei werden zwei thermoplastische Materialien auf einem Amboss zusammengepresst. Ultraschallwellen werden dann durch ein Horn geleitet, das ihre Moleküle in Schwingungen versetzt und Reibung verursacht, die Wärme verursacht. Das Endergebnis sind zwei Stücke, die sehr gleichmäßig und stark zusammengeschmolzen sind.
Wie viele Technologien wurde es zufällig entdeckt. Robert Soloff hatte an Ultraschallfilm-Versiegelungstechnologie gearbeitet, als die Sonde, die er hielt, versehentlich einen Scotch-Klebebandspender auf seinem Schreibtisch berührte. Der Unfall schweißte die beiden Hälften des Spenders zusammen, wodurch ihm klar wurde, dass Schallwellen entlang der Ecken und Seiten von starrem Kunststoff wandern könnten, um Fugen zu erreichen. Nach seiner Entdeckung entwickelten und patentierten Soloff und sie die sogenannte Ultraschall-Absteckmethode.
Seitdem hat das Ultraschallschweißen in vielen Branchen breite Anwendung gefunden. Von Windeln bis zu Autos wird die Technologie überall dort eingesetzt, wo Kunststoffe miteinander verbunden werden müssen. Vor kurzem hat die US-Navy damit begonnen zu experimentieren, um "Schweißnähte" für ihre Uniformen herzustellen. Solange das Material der Kleidung ein Thermoplast wie Nylon ist, kann das Ultraschallschweißen verwendet werden, um Nähte herzustellen, die stärker, leichter und isolierender sind als herkömmlich genähte.
Während Bekleidungsfirmen wie Patagonia und Northface bereits Schweißnähte in ihren Bekleidungslinien verwenden, ist ihre militärische Verwendung nur experimentell. Die Technologie wird normalerweise für gerade Nähte verwendet, nicht für solche, die sich um Ecken drehen. Und es ist teuer. Derzeit ist das billigste und vielseitigste Verfahren immer noch das Handnähen.
8 Kreditkarteninformationen stehlen
Forscher haben einen Weg gefunden, Daten nur mit Ton von Computer zu Computer zu übertragen. Leider machen sie sich Sorgen, weil sie Viren sehr effektiv übertragen können.
Der Sicherheitsberater Dragos Ruiu kam auf die Idee, nachdem er etwas Seltsames an seinem MAcBook Air bemerkt hatte: Nach der Installation von OS X aktualisierte sein Computer spontan seine Boot-Firmware. Es hatte einen sehr leistungsfähigen Virus, der einen CD-ROM-Start nicht zuließ, Daten löschen und nach Belieben ändern konnte. Auch nach dem Löschen, Neuinstallieren und Neukonfigurieren des gesamten Systems blieb das Problem bestehen. Die plausibelste Theorie für die scheinbare Unsterblichkeit des Virus bestand darin, dass es sich im grundlegenden Eingabe- / Ausgabesystem (BIOS) befand, das es ihm ermöglichen würde, trotz Entfernungsversuchen zu bleiben. Die andere, unwahrscheinliche, bestand darin, dass Hochfrequenzübertragungen zwischen Lautsprechern und Mikrofonen zur Datenübertragung verwendet wurden.
Die merkwürdige Theorie ist ziemlich unwahrscheinlich, aber es war zumindest möglich, als ein deutsches Institut einen Weg fand, die Wirkung zu reproduzieren. Basierend auf Software, die für die Unterwasserkommunikation entwickelt wurde, entwickelten sie einen Malware-Prototyp, der Daten über nicht vernetzte Laptops nur mit den Lautsprechern sendete. In Tests konnten Laptops aus einer Entfernung von bis zu 20 Metern kommunizieren. Die Reichweite könnte durch die Verknüpfung infizierter Geräte in ein Netzwerk, ähnlich wie bei WLAN-Repeatern, erweitert werden.
Die gute Nachricht ist, dass die akustische Übertragung extrem langsam ist und nur 20 Bit pro Sekunde erreicht. Das reicht zwar nicht aus, um große Pakete zu übertragen, aber es reicht aus, um Informationen wie Tastatureingaben, Kennwörter, Kreditkartennummern und Verschlüsselungsschlüssel zu senden. Da aktuelle Malware dies alles schneller und besser machen kann, ist es unwahrscheinlich, dass bald eine neue akustische Bedrohung auftaucht.
7Akustische Skalpelle
Ärzte verwenden Schallwellen bereits für medizinische Verfahren wie Ultraschall und das Brechen von Nierensteinen. Forscher der University of Michigan haben jedoch ein akustisches Skalpell so fein gemacht, dass es eine einzelne Zelle genau abnehmen kann. Gegenwärtige fokussierte Ultraschalltechnologie kann nur einen Strahl erzeugen, der einen Brennfleck von mehreren Millimetern hat, aber das neue Instrument hat eine Genauigkeit von 75 x 400 Mikrometern.
Die allgemeine Technologie gibt es seit dem späten 19. Jahrhundert. Das neue Skalpell wurde jedoch durch die Verwendung einer in Kohlenstoff-Nanoröhren beschichteten Linse und eines Materials namens Polydimethysiloxan ermöglicht, um Licht in Hochdruckschallwellen umzuwandeln. Wenn die Schallwellen fest genug fokussiert sind, erzeugen sie Stoßwellen und Mikrobläschen, die auf mikroskopischem Niveau Druck ausüben. Es wurde bereits getestet, indem eine einzelne Eierstockkrebszelle abgetrennt und ein 150-Mikrometer-Loch in einen künstlichen Nierenstein gebohrt wurde. Die Designer hoffen, dass damit eventuell Medikamente verabreicht werden können oder kleine Krebstumore oder Plaques eliminiert werden können. Es kann sogar in der Lage sein, diese Operationen schmerzlos auszuführen, da der Strahl so fein ist, dass er Nervenzellen vermeiden kann.
6Laden Sie Ihr Handy mit Ihrer Stimme auf
Forscher nutzen die Nanotechnologie, um Energie aus verschiedenen Quellen zur Stromerzeugung zu gewinnen. Eines ihrer Ziele ist das Erstellen von Geräten, die nicht aufgeladen werden müssen. Insbesondere Nokia hat sogar ein Gerät patentiert, das durch Bewegung Energie gewinnt.
Und da der Schall nur die Gase in der Luft komprimiert und ausdehnt, was Bewegung bedeutet, ist dies eine brauchbare Energiequelle. Forscher experimentieren mit Möglichkeiten, wie Sie Ihr Handy einfach aufladen können, solange Sie es verwenden, um einen Anruf zu tätigen. Im Jahr 2011 verwendeten Forscher in Seoul Nanostäbchen aus Zinkoxid, die zwischen zwei Elektroden angeordnet waren, um Strom aus Schallwellen zu erzeugen. Die Technologie konnte aus dem lauten Verkehrsaufkommen 50 Millivolt erzeugen. Das reicht nicht aus, um die meisten elektrischen Geräte aufzuladen, aber im vergangenen Jahr gelang es den Londoner Ingenieuren, ein Gerät zu entwickeln, das 5 Volt erzeugen kann - genug, um ein Telefon aufzuladen.
Das Aufladen von Mobiltelefonen mit Ton ist zwar eine gute Nachricht für große Gesprächspartner, aber es wird auch Auswirkungen auf die Entwicklungsländer haben. Dieselbe thermoakustische Technologie, aus der der Kühlschrank besteht, kann auch zur Umwandlung von Schall in Elektrizität verwendet werden. Der Score-Herd ist ein Herd und ein Kühlschrank, der die Energie aus dem Kochen mit Biomassebrennstoffen für die Erzeugung kleiner Mengen von etwa 150 Watt abgibt. Das ist nicht viel, aber genug, um den 1,3 Milliarden Menschen auf der Erde, die keinen Zugang zu Elektrizität haben, begrenzten Strom zu bieten.
5Drehen des menschlichen Körpers in ein Mikrofon
Disney-Forscher haben ein Gerät entwickelt, das den menschlichen Körper in ein Mikrofon verwandelt. Nach dem japanischen Ausdruck "Ishin-Den-Shin" genannt, weil er durch unausgesprochenes gegenseitiges Verstehen kommuniziert, kann jemand eine aufgezeichnete Nachricht wortlos weitergeben, indem er einfach das Ohr einer anderen Person berührt.
Das Gerät, das sie hergestellt haben, enthält ein Mikrofon, das an einen Computer angeschlossen ist. Wenn jemand in das Mikrofon spricht, speichert der Computer das Video als Loop-Aufnahme, die dann in ein unhörbares Signal umgewandelt wird, das über ein an das Mikrofon angeschlossenes Kabel übertragen wird. Das Signal wird vom Mikrofon an den Körper eines jeden Besitzers übertragen, wodurch ein moduliertes elektrostatisches Feld erzeugt wird, das bei Berührung mit der Person eine geringe Vibration verursacht. Die Vibration ist zu hören, wenn die Person das Ohr einer anderen Person berührt. Es kann sogar von Person zu Person zu Person übertragen werden, wenn sich die Gruppe in physischem Kontakt befindet.
4Spionieren
Manchmal schafft die Wissenschaft etwas, von dem selbst James Bond nur träumen konnte. Forscher am MIT, Microsoft und Adobe haben einen Algorithmus entwickelt, der passive Geräusche von unbelebten Objekten in Videos lesen kann. Ihr Algorithmus analysiert die unmerklichen Schwingungen, die Schallwellen auf Oberflächen erzeugen, und macht sie hörbar. Bei einem Experiment wurde verständliche Sprache aus einer Tüte Kartoffelchips gewonnen, die in einer Entfernung von 4,5 Metern mit Schallschutzglas aufgenommen wurde.
Für beste Ergebnisse erfordert der Algorithmus, dass die Frames des Videos pro Sekunde höher sind als die Frequenz des Audiosignals, was eine Hochgeschwindigkeitskamera erfordert. Für geringere Ergebnisse kann sie auch mit einer gewöhnlichen Digitalkamera verwendet werden, um Dinge wie die Anzahl der Sprecher in einem Raum und ihr Geschlecht - möglicherweise sogar ihre Identität - zu ermitteln. Die neue Technologie wird offensichtlich für Forensik, Strafverfolgung und Spionagekriege eingesetzt. Mit dieser neuen Technologie muss lediglich eine Hochgeschwindigkeits-Digitalkamera ins Fenster gerichtet werden, um das, was im Inneren passiert, aufnehmen zu können.
3Acoustic Cloaking
Forscher haben ein Gerät entwickelt, mit dem Objekte vor Geräuschen geschützt werden können. Es sieht aus wie eine bizarre Pyramide voller Löcher, aber die Form verändert die Flugbahn der Schallwellen so, wie sie aussehen würde, wenn sie von einer flachen Oberfläche reflektiert würden. Wenn Sie den akustischen Mantel auf einer ebenen Fläche über einem Objekt platzieren, verschwindet er unabhängig vom Betrachtungswinkel.
Es ist zwar nicht in der Lage, jemanden daran zu hindern, ein Gespräch von außen zu belauschen, es kann jedoch Objekte an Orten verdecken, an denen Akustik wichtig ist, beispielsweise in Konzertsälen. Da die Forschung jedoch mit Zuschüssen des US-Militärs durchgeführt wurde, haben sie wahrscheinlich etwas Größeres im Blick. Der Ton bleibt zwar nicht erhalten, es besteht jedoch die Möglichkeit, Objekte vor klangbasierten Erkennungssystemen wie Sonar zu verbergen. Da der Schall in ähnlicher Weise wie durch die Luft durch das Meer wandert, könnte das akustische Täuschen möglicherweise U-Boote für die Erkennung unsichtbar machen.
2Traktorstrahlen
Seit Jahren versuchen Wissenschaftler, die Technologie von zu holen Star Trek zum Leben, von denen nicht zuletzt der Traktorstrahl ist. Während sich viele Forschungen auf optische Traktorstrahlen konzentrieren, bei denen Objekte mit Wärme bewegt werden, ist diese Technologie auf Gegenstände beschränkt, die nur einen Bruchteil eines Millimeters breit sind. Ultraschall-Traktorstrahlen beweisen jedoch, dass sie größere Objekte bewegen können, die etwa 1 cm groß sind. Das hört sich vielleicht noch klein an, aber der neue Strahl hat eine Milliarde Mal mehr Kraft als seine Vorgängermodelle.
Durch Fokussieren von zwei Ultraschallstrahlen auf ein Ziel kann ein Objekt in Richtung der Strahlenquelle gezogen werden, indem die Wellen davon abprallen und in entgegengesetzte Richtungen gestreut werden. Obwohl die Wissenschaftler nicht in der Lage waren, die beste Wellenform für ihre Technik zu erzeugen (als "Bessel-Strahl" bezeichnet), konnten sie sich dennoch annähern, um einen funktionierenden Traktorstrahl zu erzeugen. In Zukunft könnte die Technologie verwendet werden, um Objekte und Flüssigkeiten in den Körper zu lenken. Es wäre ein großer Segen für die Medizin, wenn Drogen verwendet werden, um genau dort zu gelangen, wo sie gebraucht werden. Leider für Star Trek Fans können sich jedoch nicht im Vakuum des Weltraums bewegen, sodass sie keine in Not geratenen Schiffe retten können.
1Haptische Hologramme
Die Wissenschaft arbeitet auch an einem anderen Stück Star Trek Technologie - das Holodeck. Die Hologramm-Technologie ist zwar nicht so ausgereift wie bei Sci-Fi-Filmen, aber nichts Neues. Eine der größten Hürden bei der Schaffung eines funktionierenden Holodecks besteht jedoch darin, dass die Wissenschaft taktile Empfindungen bis vor kurzem nicht replizieren konnte. Ingenieure der University of Bristol entwickeln die so genannte UltraHaptics-Technologie, die genau das tut.
Ursprünglich wurde die Technologie entwickelt, um bei der Steuerung bestimmter Geräte auf Ihre Haut Druck auszuüben. Ein Mechaniker mit schmutzigen Händen könnte damit beispielsweise ein Handbuch durchblättern. Es ist ein bisschen so, als würde man Amazon Kindle das Gefühl geben, eine physische Seite aufzurufen.
Da bei der Technologie mit Hilfe von Geräuschen Vibrationen erzeugt werden, die das Berührungsgefühl wiedergeben, kann der Grad der Empfindung verändert werden. Eine 4-Hertz-Vibration fühlt sich zum Beispiel an wie starke Regentropfen, während 125 sich anfühlt, als würden Sie Schaum berühren. Der einzige Nachteil besteht derzeit darin, dass die Frequenzen von Hunden gehört werden können, aber die Designer sagen, dass sie das beheben können.
Sie haben ihr Gerät nun erweitert, um virtuelle Formen wie Kugeln und Pyramiden zu erzeugen. Es wird jedoch nicht wirklich eine virtuelle Form projiziert. Stattdessen werden Sensoren verwendet, die Ihrer Hand folgen und die Schallwellen entsprechend abfeuern. Im Moment sind die Objekte nicht sehr detailliert und weisen einige Formabweichungen auf, aber die Designer sagen, dass, sobald die Technologie mit einem sichtbaren Hologramm abgeglichen wird, das menschliche Gehirn sie an das Gesamtbild anpasst. Sie hoffen, es in einer Reihe von Produkten einsetzen zu können, von Videospielen bis zu Geräten, mit denen Ärzte ein Objekt in einem CT-Scan untersuchen können.