10 de las cosas más increíbles que la ciencia está haciendo con el sonido

Cuando pensamos en el futuro de la tecnología, a menudo pasamos por alto un campo que está haciendo avances increíbles: la acústica. El sonido está demostrando ser uno de los pilares fundamentales del futuro. La ciencia lo está utilizando para hacer más cosas interesantes que nunca, y en los próximos años seguramente lo escucharemos mucho más.

10Refrigeración

Un equipo de investigadores de la Universidad de Penn State, patrocinado por Ben y Jerry's, ha fabricado un refrigerador que enfría la comida con sonido. Funciona según el principio de que las ondas de sonido comprimen y expanden el aire que las rodea, que calienta y enfría el aire respectivamente. Normalmente, las ondas de sonido afectan las temperaturas no más de 1 / 10,000 de un grado, pero se pueden obtener efectos mucho más grandes colocando el gas dentro de la nevera bajo una presión mucho mayor, que vale aproximadamente 10 atmósferas. El congelador termoacústico, como se le llama, presuriza el gas dentro de su cámara de enfriamiento y lo expulsa con más de 173 decibeles de sonido, generando calor. En el interior, una serie de placas metálicas dentro de la trayectoria de las ondas de sonido absorbe el calor y lo envía a un sistema de intercambiador de calor. Se retira el calor y se enfría el contenido del frigorífico.

El sistema fue desarrollado como una alternativa más ecológica a los refrigeradores tradicionales. A diferencia de los modelos tradicionales, que utilizan refrigerantes químicos que dañan la atmósfera, el refrigerador termoacústico funciona muy bien con gases inertes como el helio. Dado que el helio se filtrará fuera de la atmósfera si escapa, hace que la nueva tecnología sea mucho más verde que cualquier otra cosa actualmente en el mercado. A medida que la ciencia avanza, sus diseñadores esperan que los modelos termoacústicos finalmente superen a los refrigeradores convencionales en términos de confiabilidad, ya que tienen menos partes móviles que descomponer.

Soldadura 9 ultrasonidos

Las ondas ultrasónicas se han utilizado para soldar plásticos juntos desde los años sesenta. Funciona comprimiendo dos materiales termoplásticos juntos encima de un yunque. Las ondas ultrasónicas se alimentan a través de una bocina que hace vibrar sus moléculas, causando una fricción que causa calor. El resultado final son dos piezas fundidas muy uniformemente y fuertemente.

Como muchas tecnologías, fue descubierto por accidente. Robert Soloff había estado trabajando en la tecnología de sellado con película ultrasónica cuando la sonda que sostenía tocó accidentalmente un dispensador de cinta adhesiva Scotch en su escritorio. El accidente unió las dos mitades del dispensador, lo que le hizo darse cuenta de que las ondas de sonido podían viajar a lo largo de las esquinas y los lados de los plásticos rígidos para llegar a las juntas. Tras su descubrimiento, Soloff y sus colegas desarrollaron y patentaron lo que llamaron el método de estacado ultrasónico.

Desde entonces, la soldadura ultrasónica ha encontrado un uso generalizado en muchas industrias. Desde pañales hasta automóviles, la tecnología se utiliza en todos los lugares donde los plásticos deben unirse. Recientemente, la Armada de los Estados Unidos ha comenzado a experimentar con su uso para hacer "costuras soldadas" para sus uniformes. Mientras el material de la ropa sea un termoplástico como el nylon, la soldadura ultrasónica se puede usar para hacer costuras más fuertes, más ligeras y más aislantes que las cosidas tradicionalmente.

Pero mientras que las compañías de ropa como Patagonia y Northface ya están usando costuras soldadas en sus líneas de ropa, su uso militar es solo experimental. La tecnología se utiliza normalmente para las costuras rectas, no para las esquinas. Y es caro. Por ahora, el método más barato y más versátil es todavía coser a mano.

8 robar información de tarjeta de crédito

Los investigadores han encontrado una forma de transmitir datos de una computadora a otra utilizando solo el sonido. Desafortunadamente, están preocupados porque es una forma muy efectiva de transmitir virus.

Al consultor de seguridad Dragos Ruiu se le ocurrió la idea después de notar algo extraño en su MAcBook Air: después de instalar OS X, su computadora actualizó su firmware de arranque de forma espontánea. Tenía un virus muy poderoso que no permitiría un arranque de CD-ROM, podría eliminar datos y realizar cambios a voluntad. Incluso después de borrar, reinstalar y reconfigurar todo el sistema, el problema seguía existiendo. La teoría más plausible para la aparente inmortalidad del virus fue que residía en el sistema básico de entrada / salida (BIOS), lo que le permitiría permanecer a pesar de los intentos de eliminación. La otra, improbable, era que estaba usando transmisiones de alta frecuencia entre parlantes y micrófonos para transmitir datos.

La extraña teoría es bastante improbable, pero se demostró al menos posible cuando un instituto alemán encontró una forma de reproducir el efecto. Basados ​​en el software desarrollado para la comunicación bajo el agua, desarrollaron un prototipo de malware que enviaba datos a través de computadoras portátiles sin conexión a la red utilizando solo sus altavoces. En las pruebas, las computadoras portátiles podrían comunicarse a una distancia de hasta 20 metros (65 pies). El rango podría extenderse aún más al vincular los dispositivos infectados en una red, similar a los repetidores de Wi-Fi.

La buena noticia es que la transmisión acústica es extremadamente lenta, alcanzando solo 20 bits por segundo. Si bien eso no es suficiente para transferir paquetes grandes, es suficiente para enviar ráfagas de información como pulsaciones de teclas, contraseñas, números de tarjetas de crédito y claves de cifrado. Dado que el malware actual ya puede hacer todo más rápido y mejor, es poco probable que una nueva amenaza acústica salga a la luz en un futuro cercano.

7 escalpelos acústicos

Los médicos ya usan ondas de sonido para procedimientos médicos como ultrasonidos y cálculos renales, pero los investigadores de la Universidad de Michigan han hecho un bisturí acústico tan fino que puede separar con precisión una sola célula. La tecnología de ultrasonido enfocada actual solo puede crear un haz que tiene un punto focal de alrededor de varios milímetros, pero su nuevo instrumento tiene una precisión de 75 x 400 micrómetros.

La tecnología general ha existido desde fines del siglo XIX, pero el nuevo bisturí fue posible gracias al uso de una lente cubierta con nanotubos de carbono y un material llamado polidimetilsiloxano para convertir la luz en ondas de sonido de alta presión. Enfocadas lo suficiente, las ondas de sonido crean ondas de choque y microburbujas que ejercen presión a nivel microscópico. Ya se ha probado desprendiendo una sola célula de cáncer de ovario y perforando un agujero de 150 micrómetros en un cálculo renal artificial. Los diseñadores esperan que eventualmente se pueda usar para administrar medicamentos o para eliminar pequeños tumores o placas de cáncer. Incluso puede realizar esas operaciones sin dolor ya que el haz es tan fino que puede evitar las células nerviosas.

6Cargue su teléfono celular con su voz

Los investigadores están utilizando la nanotecnología para recolectar energía de una variedad de fuentes para generar electricidad. Uno de sus objetivos es crear dispositivos que no necesitan ser cargados. Nokia, en particular, incluso ha patentado un dispositivo que recolecta energía del movimiento.

Y dado que el sonido solo está comprimiendo y expandiendo los gases en el aire, que es el movimiento, eso lo convierte en una fuente de energía viable. Los investigadores están experimentando formas de cargar su teléfono celular simplemente usándolo, siempre y cuando lo use para hacer una llamada. En 2011, los investigadores en Seúl utilizaron nano-varillas de óxido de zinc intercaladas entre dos electrodos para generar electricidad a partir de ondas de sonido. La tecnología fue capaz de generar 50 milivoltios del volumen de tráfico ruidoso. Eso no es suficiente para cargar la mayoría de los dispositivos eléctricos, pero el año pasado, los ingenieros de Londres lograron crear un dispositivo que puede producir 5 voltios, lo suficiente para cargar un teléfono.

Si bien cargar teléfonos celulares con sonido es una buena noticia para los grandes conversadores, también tendrá un impacto en el mundo en desarrollo. La misma tecnología termoacústica que creó el refrigerador también se puede utilizar para convertir el sonido en electricidad. El Score-Stove es una cocina y un refrigerador que filtra la energía utilizada de la cocina con combustibles de biomasa para producir pequeñas cantidades de electricidad, alrededor de 150 vatios. Eso no es mucho, pero es suficiente para proporcionar energía limitada a los 1.300 millones de personas en la Tierra sin acceso a la electricidad.

5 Convertir el cuerpo humano en un micrófono

Los investigadores de Disney han creado un dispositivo que convierte el cuerpo humano en un micrófono. Llamado "Ishin-Den-Shin" después de la expresión japonesa para comunicarse a través de un entendimiento mutuo tácito, le permite a alguien pasar sin palabras un mensaje grabado simplemente tocando el oído de otra persona.

El dispositivo que han hecho incluye un micrófono conectado a una computadora. Cuando alguien habla por el micrófono, la computadora lo almacena como una grabación en bucle, que luego se convierte en una señal inaudible que se transmite a través de un cable conectado al micrófono. La señal se transfiere del micrófono al cuerpo de cualquiera que lo sostenga, lo que produce un campo electrostático modulado que provoca una pequeña vibración si la persona toca algo. La vibración se puede escuchar si la persona toca el oído de otra persona. Incluso se puede transferir de persona a persona si el grupo está en contacto físico.

4 espiando

A veces, la ciencia crea algo con lo que incluso James Bond solo podría soñar. Los investigadores del MIT, Microsoft y Adobe han desarrollado un algoritmo que puede leer sonidos pasivos de objetos inanimados en video. Su algoritmo analiza las vibraciones imperceptibles que hacen las ondas de sonido en las superficies y las hace audibles. Un experimento recuperó el habla inteligible de una bolsa de papas fritas grabadas a 4,5 metros (15 pies) de distancia a través de un vidrio insonorizado.

Para obtener los mejores resultados, el algoritmo requiere que los cuadros del video por segundo sean más altos que la frecuencia de la señal de audio, lo que requiere una cámara de alta velocidad. Para obtener resultados menores, también se puede usar con una cámara digital normal para identificar cosas como la cantidad de oradores en una sala y su género, posiblemente incluso sus identidades. La nueva tecnología tiene usos obvios para las ciencias forenses, la aplicación de la ley y la guerra de espías. Con esta nueva tecnología, todo lo que alguien debe hacer es apuntar una cámara digital de alta velocidad a la ventana para poder grabar lo que está sucediendo dentro.

3 Encubrimiento acústico

Crédito de la foto: pratt.duke.edu

Los investigadores han creado un dispositivo que puede ocultar objetos del sonido. Parece una pirámide extraña llena de agujeros, pero la forma altera la trayectoria de las ondas de sonido para que se vean como se verían si se hubieran reflejado en una superficie plana. Si coloca la capa acústica sobre un objeto en una superficie plana, desaparecerá del sonido sin importar desde qué ángulo lo observe.

Si bien es posible que no pueda evitar que alguien escuche una conversación desde el exterior, puede enmascarar objetos en lugares donde la acústica es importante, como salas de conciertos. Sin embargo, dado que la investigación se llevó a cabo con subvenciones del ejército de los EE. UU., Es probable que se fijen en algo más grande. No mantiene el sonido, pero tiene el potencial de ocultar objetos de los sistemas de detección basados ​​en el sonido, como el sonar. Como el sonido viaja bajo el agua de una manera similar a la del aire, el encubrimiento acústico podría hacer que los submarinos sean invisibles para la detección.

2 vigas tractoras

Crédito de la foto: Stuart Hay, ANU.

Durante años, los científicos han estado tratando de traer tecnología de Star Trek A la vida, no menos importante de la cual es el rayo tractor. Si bien muchas investigaciones se centran en haces de tractores ópticos que utilizan calor para mover objetos, esa tecnología se ha restringido a elementos de solo una fracción de milímetro de ancho. Sin embargo, las vigas de tractor ultrasónicas están demostrando que pueden mover objetos más grandes, aproximadamente del tamaño de 1 centímetro (.4 in). Puede que todavía parezca pequeño, pero la nueva viga tiene una fuerza mil millones de veces mayor que los modelos anteriores.

Al enfocar dos haces de ultrasonidos en un objetivo, un objeto puede ser arrastrado hacia la fuente del haz rebotando las ondas y dispersándolas en direcciones opuestas. Aunque los científicos no pudieron crear el mejor tipo de onda para su técnica (llamada "rayo de Bessel"), aún así pudieron aproximarse lo suficiente como para hacer que un rayo tractor funcione. En el futuro, la tecnología podría usarse para dirigir objetos y fluidos en el cuerpo. Sería una gran ventaja para el campo de la medicina si comienza a utilizarse para administrar medicamentos en el lugar exacto donde se necesitan. Tristemente por Star Trek sin embargo, el sonido de los fanáticos no puede viajar en el vacío del espacio, por lo que no rescatará ninguna nave en peligro.

1 hologramas hápticos

La ciencia también está trabajando en otra pieza de Star Trek tecnología-el holodeck. Aunque no es tan sofisticado como en las películas de ciencia ficción, la tecnología de hologramas no es nada nuevo. Pero uno de los mayores obstáculos para crear un holodeck en funcionamiento es que la ciencia no ha podido reproducir sensaciones táctiles hasta hace poco. Los ingenieros de la Universidad de Bristol están desarrollando lo que llaman tecnología UltraHaptics, que hace precisamente eso.

Originalmente, la tecnología fue desarrollada para ejercer fuerza en la piel al hacer gestos para controlar ciertos dispositivos. Un mecánico con las manos sucias, por ejemplo, podría usarlo para hojear un manual. Es un poco como darle al Kindle de Amazon la sensación de pasar de página.

Dado que la tecnología utiliza el sonido para producir vibraciones que replican la sensación del tacto, el nivel de sensación se puede modificar. Una vibración de 4 hertz se siente como gotas de lluvia pesadas, por ejemplo, mientras que 125 siente que estás tocando espuma. Por ahora, el único inconveniente es que las frecuencias pueden ser escuchadas por los perros, pero los diseñadores dicen que pueden arreglar eso.

Ahora han avanzado su dispositivo para producir formas virtuales como esferas y pirámides. Sin embargo, no hay realmente una forma virtual proyectada. En su lugar, funciona mediante el uso de sensores que siguen su mano y disparan las ondas de sonido de manera adecuada. Por ahora, los objetos carecen de muchos detalles y tienen algunas discrepancias de formas, pero los diseñadores dicen que una vez que la tecnología se adapte a un holograma visible, el cerebro humano se ajustará a la imagen general. Esperan usarlo en una variedad de productos, desde videojuegos hasta dispositivos que permitirán a los médicos examinar físicamente un objeto en una tomografía computarizada.