Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

O metamateriałach pisaliśmy już wielokrotnie, również w kontekście skonstruowania dzięki nim technologicznej peleryny niewidki. To, co dla światła pozostaje w sferze odległych planów, w dziedzinie dźwięku właśnie osiągnięto, tworząc materiał zapewniający niewidzialność dla sonarów.

Sonar to nic innego, jak dźwiękowy radar, korzystający najczęściej z ultradźwięków - woda morska tłumi fale radiowe, zaś dźwięk przenosi się w niej szybko i na duże odległości (dzięki temu, że woda jest bardziej gęsta od powietrza). Wykładowca mechaniki i inżynierii na University of Illinois, Nicholas Fang, skonstruował w swoim laboratorium metamateriał wytłumiający dźwięki w zakresie stosowanym przez sonary.

Urządzenie ma postać dysku składającego się z wielu pierścieni o malejącej średnicy. Każdy pierścień to misterna struktura wgłębień „prowadzących" falę dźwiękową, każdy ma inny współczynnik refrakcji. Wgłębienia powodują zmianę prędkości fali akustycznej i spadek jej energii, a całość powoduje uwięzienie dźwięku, wygięcie fali i „owinięcie" jej wokół zewnętrznych krawędzi dysku, niwelując niemal całkowicie odbicie dźwięku.

Specyfiką konstrukcji jest to, że działa nie tylko dla ściśle określonej długości fali - jak to jest z metamateriałami dla fal elektromagnetycznych - lecz jest skuteczne dla dość szerokiego przedziału częstotliwości, do 40 do 80 kiloherców, przy czym teoretycznie można uzyskać pokrycie przedziału częstotliwości aż do dziesiątek megaherców.

Podwodne testy z sonarem wykazały skuteczność takiego urządzenia maskującego i rozpoczynają się prace nad zastosowaniami praktycznymi. Pierwszym, jakie się narzuca, jest oczywiście zastosowanie militarne celem stworzenia niewykrywalnych okrętów podwodnych. Są jednak i inne: na przykład doskonała izolacja akustyczna, czy polepszenie osiągów ultrasonografii medycznej. Autorzy są też przekonani, że dzięki wynalazkowi będzie można uporać się ze zjawiskiem kawitacji, czyli tworzenia się wirów i hałaśliwych pęcherzyków wokół śrub napędowych statków i okrętów podwodnych.

Share this post


Link to post
Share on other sites
40 do 80 kiloherców, przy czym teoretycznie można uzyskać pokrycie przedziału częstotliwości aż do dziesiątek megaherców.  [/size] 

Sonar jak nietoperz , czy przypadkiem nie pomaga  to delfinom ??

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od dawna wiadomo, że niektóre wale dziobogłowe, druga najliczniejsza rodzina waleni, a jednocześnie najsłabiej poznana, po wystawieniu na działanie sonaru okrętowego, wypływają na brzeg i umierają w męczarniach. Teraz dowiedzieliśmy się dlaczego, tak się dzieje. Okazuje się, że sonar wywołuje u tych wielkich ssaków chorobę dekompresyjną.
      Wale dziobogłowe mogą nurkować na głębokość ponad 1000 metrów i pozostawać pod wodą przez ponad godzinę. Ich tętno spada, spowalnia przepływ krwi, organizm nastawiony jest na oszczędzanie tlenu. Jednak ci świetni nurkowie mogą zginąć, jeśli trafią na sygnał z sonaru. Doznają wówczas stresu i szybko odpływają od źródła dźwięku. Zmieniają wówczas wzorzec nurkowania. Zaczynają poruszać się tak gwałtownie, że pojawia się choroba dekompresyjna, wyjaśnia Yara Bernaldo de Quiros, badaczka z Instytutu Zdrowia Zwierząt na Uniwersytecie w Las Palmas na Wyspach Kanaryjskich.
      Okazuje się, że dla wali szczególnie szkodliwy jest aktywny sonar pracujący na średnich częstotliwościach (MFAS). Opracowano go w latach 50. i wkrótce wszedł do powszechnego użycia. Jest wykorzystywany do wykrywania okrętów podwodnych. Używają go kraje NATO. Już w latach 60. zaczęto odnotowywać, szczególnie na Morzu Śródziemnym, wypływanie wali na plaże. Pomiędzy rokiem 1960 a 2004 zanotowano 121 takich nietypowych zachowań, z czego co najmniej 40 było powiązane w aktywnością okrętów patrolowych.
      Zachowanie zwierząt było nietypowe pod tym względem, że nie dotyczyło to ani starych, ani chorych wali, nie były to też zachowania masowe. Za każdym razem na plażach znajdowano kilka do kilkunastu zwierząt, które wypływały dzień lub dwa po działalności okrętów, a znajdowano je w odległości nie większej niż kilkadziesiąt kilometrów od miejsc, gdzie uruchamiano sonary. Najbardziej śmiercionośny epizod miał miejsce w 2002 roku, kiedy to w ciągu 36 godzin od rozpoczęcia ćwiczeń NATO na brzegi Wysp Kanaryjskich wypłynęło 14 zwierząt. Badający je specjaliści stwierdzili, że zwierzęta nie były chore, nie uległy żadnemu wypadkowi, miały normalną wagę ciała, brak było śladów uszkodzeń skóry czy infekcji. Jednak autopsje wykazały oznaki choroby dekompresyjnej. We krwi zwierząt znaleziono bąble azotu, stwierdzono też krwawienie do mózgu, uszkodzenia wielu innych organów, w tym rdzenia kręgowego.
      W 2003 roku w Nature ukazał się artykuł, którego autorzy stwierdzili możliwy związek pomiędzy użyciem sonarów a tym, co spotkało wale. W 2004 roku Hiszpania zakazała podobnych ćwiczeń w pobliżu Wysp Kanaryjskich. Do tamtej pory Wyspy Kanaryjskie były tym miejscem, gdzie dochodziło do największej liczby nietypowych wypłynięć na plażę. Od czasu wprowadzenia zakazu żadne takie wydarzenie nie miało miejsce, mówi Bernalde de Quiros.
      Badacze wzywają do ustanowienia podobnych zakazów w miejscach, o których wiadomo, że gromadzą się tam wale dziobogłowe.
      Zwierzętom najbardziej zagraża sonar pracujący na częstotliwości około 5 kHz, a najbardziej narażonym gatunkiem są wale Cuviera.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Szybki rozwój gospodarczy Chin nie idzie w parze z równie szybkim rozwojem technologicznym. Przynajmniej nie we wszystkich dziedzinach. Amerykańscy wojskowi zdobyli ostatnio dane wskazujące, że produkowane przez Chiny okręty podwodne są bardziej prymitywne, niż przypuszczano.
      Ostatnie dwa lata przyniosły Amerykanom jednocześnie złe i dobre wieści. Z jednej strony Chiny znacznie zwiększyły aktywność swoich sił morskich. Jeszcze w 2005 roku żadna z chińskich łodzi podwodnych nie wyszła na patrol. Cała podmorska flota stała w portach z powodu ciągłych awarii oraz braku przeszkolonych załóg. W roku 2007 odbyło się zaledwie kilka rejsów.
      Brak rejsów powodował, że dla amerykańskich analityków chińskie okręty podwodne stanowiły zagadkę. Nie można było bowiem ich obserwować, a w szczególności nieznane były charakterystyki ich napędów. Amerykanie ostrożnie przewidywali, że chińska technologia budowy okrętów podwodnych jest o około 10 lat bardziej zacofana niż szczytowe osiągnięcia rosyjskich inżynierów. A to dawałoby Amerykanom około 20 lat przewagi technologicznej.
      Ostatnio Chiny znacząco zwiększyły swoje zaangażowanie na Pacyfiku, wzrosła liczba patroli łodzi podwodnych, co pozwoliło US Navy na śledzenie jednostek Państwa Środka. Amerykańscy analitycy ze zdumieniem odkryli, że chińskie łodzie podwodne można wykryć za pomocą sonaru z odległości nawet 40 kilometrów. Są zatem znacznie głośniejsze niż sądzono.
      W czasach zimnej wojny Amerykanie ustawiali swoje okręty podwodne w linii, w odległości 40 kilometrów od siebie i zyskiwali w ten sposób gwarancję, że żaden radziecki okręt podwodny nie przemknie się niezauważony. Taktykę tę zarzucono, gdy Rosjanie ulepszyli swoje łodzie podwodne. Teraz okazuje się, że będzie ona skuteczna w odniesieniu do chińskiej floty.
      Dla Amerykanów to dobra wiadomość, gdyż daje im pewność, że w razie konfliktu z Chinami US Navy będzie mogła obronić terytorium USA przed chińską flotą i przetrzeć sobie drogę do wybrzeży Państwa Środka. Tym bardziej, że ostatnimi czasy w Chinach doszło do spowolnienia budowy okrętów podwodnych, a w USA aż o połowę skrócono czas potrzebny na zwodowanie takiej jednostki.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowe studium biologów z University of St Andrews pokazuje, że podobnie jak ludzie, ssaki morskie cierpią na chorobę dekompresyjną.
      Dotąd nie było wśród specjalistów zgody w kwestii, czy walenie mogą cierpieć na chorobę dekompresyjną i ewentualnie na ile jest ona dla nich groźna, jednak w swoim najnowszym raporcie Szkoci zademonstrowali dowody na tworzenie się pęcherzyków azotu w tkankach i płynach ustrojowych leżących na plaży waleni oraz fok. Problemem jest nadmierny hałas, np. powodowany przez sonary wojskowe, ponieważ może wywoływać u ssaków morskich dezorientację, zaburzając działanie naturalnych mechanizmów obronnych.
      Niestety, nie istnieje jeszcze technologia, która pozwalałaby zmierzyć, co dzieje się w kategoriach fizjologicznych w organizmie wolno żyjącego walenia, schodzącego na głębokość ponad 1000 metrów. Przegląd ostatnich prac dot. fizjologii nurkowania morskich ssaków sprawił jednak, że doszliśmy do wniosku, że potencjalnie mogą one cierpieć na chorobę dekompresyjną w taki sam sposób jak ludzie - przekonuje dr Sascha Hooker.
      Analizy przeprowadzał zespół złożony z ekspertów w różnych dziedzinach. Znaleźli się w nim lekarze specjalizujący się w ludzkiej medycynie nurkowania, patolog weterynaryjny, a także naukowcy zajmujący się anatomią porównawczą, fizjologią, ekologią i zachowaniem.
      Hooker i współpracownicy z Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) skupili się na ostrych i przewlekłych przypadkach, śledząc tworzenie się pęcherzyków gazu w narządach wali dziobogłowych, które wypłynęły na plażę zmylone sonarami, w nerkach i okolicach wątroby delfinów masowo zbaczających na plaże oraz w tkankach delfinów i fok złapanych przez przypadek w sieci rybackie.
      Badając mechanizmy zapobiegające urazom związanym z nurkowaniem u ssaków morskich, Hooker i inni stwierdzili, że są one bardziej zmienne, niż się nam dotąd wydawało. Nasze odkrycia zmieniają sposób myślenia o sposobie radzenia sobie przez ssaki ze zmianami ciśnienia podczas nurkowania. Podręczniki mówią nam, że foki i walenie mogą tolerować duże zanurzenia i szybkie wynurzenia bez obciążenia azotem, które prowadzi do choroby dekompresyjnej. My sugerujemy, że nie jest tak w odniesieniu do wszystkich gatunków i że [niektóre] mogą uzależniać zarządzanie azotem od innych wymogów fizjologicznych, takich jak zapotrzebowanie na tlen lub potrzeba podtrzymania krążenia, by się rozgrzać. Martwimy się, że te naturalnie wyewoluowane mechanizmy mogą nie wytrzymać presji ze strony ludzi. Oczywiste zagrożenia, takie jak nagły hałas, wymuszają bowiem [natychmiastową] reakcję, zmieniając trajektorię nurkowania albo uruchamiając odpowiedź walcz lub uciekaj. Dochodzi wtedy do przeciążenia mechanizmów obronnych i rzadka w zwykłych warunkach choroba dekompresyjna staje się czymś realnym.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Młode mroczki brunatne (Eptesicus fuscus) uczą się polować, podsłuchując sonary innych osobników. Można więc powiedzieć, że trafiają na swego rodzaju obozy szkoleniowe.
      Zespół Genevieve Spanjer Wright z University of Maryland obserwował latające w pomieszczeniu nietoperze, które miały polować na zwisające na nitkach z sufitu mączniki. Młode ssaki latały z osobnikami z opanowaną umiejętnością chwytania podwieszonych chrząszczy. Wkrótce potem same były w stanie powtórzyć tę sztuczkę. Uczenie społeczne jest ważne u wielu gatunków ssaków, jednak jego istnienie u nietoperzy potwierdzono bez najmniejszych wątpliwości po raz pierwszy.
      W ramach eksperymentu Amerykanie wytrenowali 12 nietoperzy, które miały być nauczycielami/wzorcami dla innych. Naukowcy stale zmieniali położenie zwisających na nitkach owadów i w ten sposób skłonili mroczki do aktywnego polowania za pomocą echolokacji. Po zakończeniu tego etapu do pomieszczenia wprowadzono 22 młode ssaki. Jedenastu pozwolono latać z doświadczonymi kolegami, podczas reszta grupy młodzików została skazana na towarzystwo niedoświadczonych nietoperzy.
      Gdy adepci nowej sztuki latali potem samodzielnie, większość zwierząt przebywających wcześniej z doświadczonym demonstratorem wiedziała, jak złapać mącznika. Nie umiał tego żaden z młodych latających z niewytrenowanym nietoperzem – podkreśla Spanjer Wright.
      Analiza nagrań ujawniła, że za każdym razem, gdy doświadczony mroczek wytwarzał w okolicy wiszącego mącznika krótkotrwały dźwięk o wysokiej częstotliwości (ang. feeding buzz), młody znajdował się tuż obok niego.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas polowania i do orientowania się w przestrzeni delfiny wykorzystują echolokację. Najnowsze badania szwedzko-amerykańskiego zespołu wskazują, że ssaki te posługują się podwójnym sonarem: zamiast jednego krótkotrwałego ultradźwięku, który odbija się od przeszkód, wysyłają bowiem dwa.
      Dźwięki mają inne częstotliwości i mogą być wysyłane w różnych kierunkach. Korzyść polega prawdopodobnie na tym, że delfin jest w stanie precyzyjniej zlokalizować obiekt - twierdzi dr Josefin Starkhammar z Lund University.
      Artykuł na temat projektu Szwedów i Patricka W. Moore'a, Lois Talmadge oraz Doriana S. Housera z National Marine Mammal Foundation w San Diego ukazał się w piśmie Biology Letters.
      Dr Starkhammar przypuszcza, że dźwięki pochodzą z dwóch różnych narządów. O tym, że są dwa, wiadomo już od jakiegoś czasu, ale dotąd sądzono, że podczas echolokacji aktywny jest tylko jeden. Wg pani biolog, trzeba jednak przeprowadzić kolejne badania, ponieważ zjawisko występowania dwóch strumieni można równie dobrze wyjaśnić skomplikowanymi odbiciami fali wewnątrz głowy ssaka.
      To zaskakujące, że do odkrycia doszło dopiero teraz. Badania nad delfinami i echolokacją są przecież prowadzone od lat 60. ubiegłego wieku. Opóźnienie można wytłumaczyć tym, że badania wymagały zastosowania zaawansowanego sprzętu i technik przetwarzania sygnału. Poza tym do tej pory delfinami zajmowali się głównie sami biolodzy (Starkhammar jest fizykiem i elektronikiem), nie dziwi więc, że ograniczali się do swojej dziedziny. Szwedka uważa, że dopiero skład specjalności jej zespołu - inżynieria połączona z biologią morską - stanowi klucz do sukcesu. Podwójny sonar pozostałby zapewne nadal słodką tajemnicą delfinów, gdyby nie urządzenie z 47 wbudowanymi hydrofonami. Obecnie to jedno z najlepszych urządzeń do wychwytywania w wodzie delfinich ultradźwięków. Starkhammar pracowała nad nim bardzo długo, prowadząc eksperymenty m.in. w Kolmården Wildlife Park.
      Echolokacja nie jest domeną wyłącznie delfinów (posługują się nią nietoperze, ryjówki, ptaki z rzędów jerzykowatych i lelkowych, jednak delfiny są w tej dziedzinie prawdziwymi mistrzami. W końcu w toku ewolucji doskonaliły tę umiejętność przez wiele, wiele lat...
×
×
  • Create New...