Przełom inżynieryjno-fizyczny. Modulacja czasu pozwala propagować dźwięk w jedną stronę
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Pod wodą nie słychać ludzkiego krzyku. Ale odgłosy wydawane przez foki szare – już owszem. Jakie zjawiska akustyczne decydują o tym, że foki wydobywać mogą dźwięki i na wodzie, i pod jej powierzchnią? Sprawdził to w swoich badaniach dr Łukasz Nowak. Ciało foki działa jak głośnik – streszcza naukowiec.
Z fokami szarymi jest trochę jak ze starym małżeństwem. One rozmawiają ze sobą bardzo rzadko. A konkretne – kiedy przychodzi okres godowy. U fok taki okres występuje tylko na początku roku, tuż po tym, kiedy urodzą się młode foki i samice są gotowe, by ponownie zajść w ciążę. Wtedy komunikacja między samcami, samicami i młodymi jest bardzo ożywiona – opowiada dr Nowak. W swoich badaniach naukowiec skupiał się jednak nie na tym, co te odgłosy oznaczają, ale jak one powstają. Wszystkie swoje nagrania udostępnił w otwartych zbiorach danych.
A to, jak foki wydają dźwięki jest o tyle ciekawe dla akustyków, że zwierzęta żyją trochę w wodzie, a trochę na lądzie. I w przeciwieństwie do człowieka potrafią nie tylko wydawać odgłosy, które świetnie rozchodzą się w powietrzu, ale i odgłosy, które słychać pod wodą – mimo skrajnie dużych różnic między tymi środowiskami. Kolejną interesującą sprawą jest to, że foki szare rozmiarami są porównywalne z człowiekiem, a częstotliwości wydawanych przez nie odgłosów są dobrze odbierane przez ludzkie ucho.
To, jak wydają dźwięki foki, może to stanowić dla nas inspirację, jak budować systemy do podwodnej komunikacji – komentuje akustyk dr Łukasz Nowak z University of Twente (Holandia).
Badacz przestudiował odgłosy wydawane przez foki szare w fokarium w stacji morskiej UG na Helu. Wydzielił trzy różniące się akustyką grupy dźwięków i przedstawił hipotezy, jak dźwięki te mogą być generowane. Jego badania ukazały się w czasopiśmie Bioacustics.
W bazie udostępnionej przez naukowca można obejrzeć filmiki z nagraniami foczych rozmów, a także posłuchać nagrań audio - zarówno odgłosów podwodnych, jak i wydawanych na powierzchni.
Foki musiały się dostosować do komunikacji akustycznej, do porozumiewania się i nad, i pod wodą – zwraca uwagę naukowiec. Tłumaczy, że powietrze i woda stanowią zaś dwa bardzo różne ośrodki pod względem właściwości akustycznych. My, ludzie, zazwyczaj, jeśli chcemy coś powiedzieć, wprawiamy w drgania kolumnę powietrza wydychaną z płuc. Z kolei jamę nosowo-gardłową wykorzystujemy jako filtr, który możemy przestrajać. Nasze układy głosowe stworzone są tak, by emitować dźwięk głównie przez usta - tam skąd uchodzi z nas powietrze. W emisji dźwięku zaś nie mają znaczenia same drgania np. klatki piersiowej – opowiada dr Nowak.
W przypadku wody taka metoda tworzenia dźwięków nie będzie efektywna, bo dźwięk z powietrza generalnie do wody nie przechodzi. W wodzie przenoszą się lepiej dźwięki strukturalne - powstające w drgających ciałach stałych (to np. stuknięcie ręką w drzwi) niż aerodynamiczne – te wywołane wibracją powietrza (np. ludzki głos). Dlatego człowiek mówiący pod wodą praktycznie nie będzie w wodzie słyszalny – zwraca uwagę akustyk.
Dlatego foki, aby przekazywać sobie sygnały dźwiękowe pod wodą, muszą zmienić drgania powietrza na drgania swojego ciała. Tkanki mają właściwości mechaniczne całkiem podobne do właściwości wody. I z nich całkiem dobrze drgania - a więc i dźwięki - do wody się przenoszą. Ciało foki działa więc jak wielki głośnik podwodny – wyjaśnia rozmówca PAP.
Dodaje, że czasem części podwodnych odgłosów fok towarzyszy wydobywanie się bąbelków (a to znaczy, że odgłos powstaje przy wydechu). A części – nie. Naukowiec po strukturze tych ostatnich dźwięków domyśla się, że zwierzęta muszą wtedy przepompowywać powietrze to w jedną, to w drugą stronę. Dźwięk ten jednak wprawia w wibracje ciało foki, a ciało przekazuje te drgania do wody.
Inaczej jest jednak, kiedy foka przebywa na powierzchni – wtedy duża część dźwięku wypromieniowana jest przez nozdrza.
Foki szare żyją między wodą a lądem. Komunikują się w zakresie częstotliwości akustycznych, które słyszymy gołym uchem. Właściwości ich układów głosowych – w odróżnieniu np. od delfinów, które posługują się ultradźwiękami – są zbliżone do ludzkich. Dlatego foki były dla mnie inspiracją przy opracowywaniu systemów komunikacji głosowej dla nurków – mówi dr Nowak.
Jego zespół już kilka lat temu opracował taki system komunikacji podwodnej. Obserwując, jak foki wydają dźwięk pomyślałem o układach technicznych, które tłumaczyłyby drgania powietrza na drgania struktur wokół i potem przenoszą dźwięk do wody. Wraz z zespołem zbudowaliśmy działające prototypy urządzeń do komunikacji między nurkami – wspomina. Nurkowie mówili do opracowanego przez Polaków urządzenia, a dźwięk wydobywający się z tego wynalazku rozchodził się w wodzie. Każdy pod wodą mógł go więc usłyszeć bez użycia żadnego dodatkowego sprzętu.
Urządzenie działało, można było dzięki niemu rozmawiać pod wodą. Podjęliśmy się komercjalizacji, ale rozbiliśmy się o etap wdrożeniowy. Projekt umarł – opowiada akustyk.
Dodaje, że choć wtedy zgromadził ogromne ilości danych dotyczących odgłosów fok i miał przypuszczenia, jak one ze sobą się komunikują, to dopiero teraz, w czasie pandemii, miał czas, aby opracować dane i przekuć w publikacje naukową. Dopiero teraz jednak prezentujemy uporządkowaną klasyfikację odgłosów fok i przedstawiamy hipotezy dotyczące generacji tych dźwięków – tłumaczy.
Dr Nowak opowiada, że do badania odgłosów fok szarych zachęcił go prof. Krzysztof Skóra, który był wtedy szefem Stacji Morskiej UG. Badania przerwała jednak śmierć profesora. Dziś stacja Morska nosi imię tego biologa.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Stetoskop na miarę XXI wieku, który bezprzewodowo prześle dźwięk, dostosuje charakterystykę dźwięku do potrzeb lekarza, usprawni proces diagnostyki nawet w trudnych warunkach pandemii. Taki wynalazek opracowali studenci Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Medycznego.
Ich projekt otrzymał nagrodę specjalną w konkursie Forum Młodych Mistrzów podczas XXVI Forum Teleinformatyki. Zespół tworzą: Karol Chwastyniak, Wojciech Kania, Wojciech Korczyński z Wydziału Informatyki i Zarządzania oraz Filip Ciąder z Wydziału Mechanicznego, a także studenci Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu: Tomasz Skrzypczak i Jakub Michałowicz.
Czuły, dokładny, inteligentny
Zespół zaprojektował inteligentny stetoskop, który ma wspomagać lekarza w jego codziennej pracy. Kluczowym atrybutem rozwiązania jest cyfrowe przetwarzanie dźwięku. Dzięki redukcji niechcianego szumu otoczenia osłuchiwanie pacjenta staje się bardziej precyzyjne. Regulacja głośności umożliwia dostosowanie dźwięku do potrzeb lekarza. Zwiększa to komfort badania oraz pozwala na wzmocnienie najbardziej stłumionych szmerów – tłumaczą pomysłodawcy.
Dzięki współpracującej ze stetoskopem aplikacji mobilnej można bezprzewodowo przesłać dźwięk wprost do słuchawek użytkownika. To jest szczególnie przydatne w czasie pandemii COVID-19, gdy lekarz musi osłuchać pacjenta w pełnym kombinezonie ochronnym z zachowaniem zasad bezpieczeństwa.
Zastosowana przez studentów technologia pozwala na wyposażenie urządzenia w takie funkcje, jak możliwość konsultacji z innymi specjalistami, zapisywanie w pliku, eksportowanie, porównywanie z nagraniami wzorcowymi i przywoływanie nagranych dźwięków z historii pacjenta. Co więcej, zespół rozpoczął także wdrażanie do projektu metod sztucznej inteligencji. Pierwsze próby dały bardzo obiecujące wyniki.
Dzięki wykorzystaniu uczenia maszynowego można dostrzec i sklasyfikować subtelne różnice szmerów wad zastawkowych serca – wyjaśniają studenci.
Projekt z potencjałem
Od strony merytorycznej wsparcia udzielił studentom m.in. dr inż. Zbigniew Szpunar z Wydziału Informatyki i Zarządzania. To są kreatywni młodzi ludzie, którzy myślą nieszablonowo i bardzo konkretnie. W trudnym czasie izolacji, pracując zdalnie, realizują projekt, który zahacza o zagadnienia z kilku dziedzin: mechatroniki, medycyny i zaawansowanej informatyki. Musieli opanować wiele tematów z zakresu uczenia maszynowego, inżynierii oprogramowania, elektroniki, ale też kardiologii czy telemedycyny – mówi opiekun studentów z PWr. Tak naprawdę to moją istotną rolą jest nie przeszkadzać im w realizacji tego, co sobie zaplanowali – dodaje dr Szpunar.
Potencjał studenckiego projektu dostrzegły już dwa wrocławskie szpitale, które wspomagają zespół we wszystkich etapach pracy. W ich działania zaangażowali się: prof. Marta Negrusz-Kawecka, dr n. med. Anna Goździk i dr n. med. Marta Obremska z Centrum Chorób Serca Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego, a także dr hab. Joanna Jaroch, lek. Alicja Sołtowska i lek. Jakub Mercik z Oddziału Kardiologii Szpitala Specjalistycznego im. T. Marciniaka. W projekcie współpracują również studenci Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu: Klaudia Błachnio, Julia Szymonik, Michał Kosior oraz Sebastian Tokarski – student Wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Doktor inżynier Jacek Wilk-Jakubowski z Politechniki Świętokrzyskiej jest autorem innowacyjnej gaśnicy, która gasi pożar... falami dźwiękowymi. Jego urządzenie nie tylko tłumi ogień, ale ma i tę kolosalną zaletę, że nie niszczy otoczenia w takim stopniu jak gaśnice wodne czy pianowe. Ponadto jest tańsze w eksploatacji.
Dźwiękowa gaśnica działa z odległości nienal 2 metrów i może być obsługiwana zdalnie. Człowiek nie musi więc znajdować się blisko ognia. Działanie gaśnicy polega na wykorzystaniu fali akustycznej, które zwiększa ruch powietrza na krawędzi płomieni. Tym samym zmniejsza się obszar, na którym następuje proces spalania, cząsteczki tlenu pod wpływem fali dźwiękowej zagęszczają się i rozrzedzają. W wyniku tego falującego ruchu odchylone płomienie rozrywają się na części i przestają na siebie oddziaływać, gdyż tlenu jest coraz mniej w miejscu, w którym zachodzi proces spalania. W efekcie, po zaledwie kilkunastu sekundach od uruchomienia urządzenia ogień udaje się ugasić, czytamy na stronach Politechniki Świętokrzyskiej.
Ponadto w przeciwieństwie do tradycyjnych gaśnic, ta akustyczna może działać przez długi czas, gdyż nie występuje tutaj problem wyczerpania się środka gaśniczego, nie musi być cykliczne sprawdzania pod kątem występowania odpowiedniego ciśnienia. Mankamentem jest zaś konieczność zapewnienia źródła zasilania.
Z eksperymentów przeprowadzonych przez doktora Wilka-Jakubowskiego wynika, że do gaszenia ognia najlepiej nadają się niskie dźwięki, znajdujące się na granicy słyszalności ludzkiego ucha. Wynalazca, we współpracy z Pawłem Stawczykiem i naukowcami z Uniwersytetu Technicznego w Bułgarii przeprowadził już pierwsze próby polowe prototypu. Gaśnica skutecznie tłumiła palące się ciecze i gazy.
Naukowcy przeprowadzili już wstępne rozmowy z ekspertami ds. pożarnictwa. Wynika z nich, że nowatorska gaśnica najlepiej sprawdziłaby się jako wbudowany element systemu przeciwpożarowego budynku. Mogłaby w tej roli zastąpić tradycyjne spryskiwacze.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Pierwszą w Polsce operację wszczepienia pionierskich, aktywnych implantów wykorzystujących przewodnictwo kostne dźwięku przeprowadzili specjaliści Światowego Centrum Słuchu w Kajetanach. To nowy etap w leczeniu zaburzeń słuchu występujących w obrębie ucha zewnętrznego i środkowego – twierdzi prof. Henryk Skarżyński.
W informacji przekazanej PAP główny wykonawca zabiegu, prof. Skarżyński poinformował, że zastosowano urządzenie o nazwie BONEBRIDGE BCI 602 wykorzystujące zjawisko przewodnictwa kostnego. Polega ono na przekazywaniu sygnału dźwiękowego przez kości czaszki bezpośrednio do ucha wewnętrznego.
Odbywa się to w ten sposób, że kości czaszki są stymulowane drganiami mechanicznymi. Drgania te kierowane są bezpośrednio do ucha wewnętrznego, gdzie następuje ich przetwarzanie podobnie jak w przypadku normalnie docierających dźwięków (pomijany jest odcinek między uchem zewnętrznym a środkowym).
Nowy aparat, który to umożliwia, składa się z dwóch części: zewnętrznej, którą stanowi procesor mowy, oraz wewnętrznej, całkowicie schowanej pod skórą pacjenta.
Prof. Skarżyński wyjaśnia, że system ten przeznaczony jest dla osób z trwałym ubytkiem słuchu po różnych operacjach ucha zewnętrznego i środkowego, a także z wadami rozwojowymi ucha zewnętrznego i środkowego oraz z głuchotą jednostronną. Mogą z niego korzystać również pacjenci z wrodzoną mikrocją i atrezją przewodu słuchowego zewnętrznego. Są to wady wrodzone polegające na całkowitym (anocja) lub częściowym (mikrocja) braku małżowin usznych.
Nowe implanty mogą poprawić słuch pacjentom po wcześniej przeprowadzonych operacjach uszu, które nie dały oczekiwanego efektu lub nie można było wszczepić im innych urządzeń. Aparat ma niewielkie rozmiary, mogą z niego korzystać pacjenci z wadami anatomicznymi, takimi jak zbyt cienka kość, za mały wyrostek sutkowaty oraz innymi wrodzonymi deformacjami.
To kolejny milowy krok w polskiej otochirurgii. Cieszę się, że te przełomowe operacje możemy wykonać w Światowym Centrum Słuchu w Kajetanach. Tworząc Centrum chciałem, aby jego działalność kliniczna nie tylko dawała wymierne korzyści polskim pacjentom, ale także upowszechniała współczesne światowe standardy medyczne – podkreśla prof. Skarżyński.
Zabieg wszczepienia implantu – wyjaśnia specjalista - nie wymaga dalszych interwencji chirurgicznych, ponieważ wszystkie części podlegające wymianie znajdują się w zewnętrznym mikroprocesorze dźwięku. W części zewnętrznej znajdują się też zasilanie i elektronika, dzięki czemu możliwa jest ich wymiana po wielu latach użytkowania. System może być wciąż udoskonalany bez konieczności wykonania kolejnej operacji.
Parametry pracy urządzenia ustawia się komputerowo w oparciu o wyniki diagnostyki audiologicznej i stosownie do indywidualnych potrzeb użytkownika. Technologia cyfrowa w procesorze pozwala tak go dopasować, by zapewnić użytkownikowi jak najlepsze rozumienie mowy oraz uzyskać możliwie naturalne brzmienie dźwięku w różnych sytuacjach akustycznych.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Dźwięki, przy których się budzimy, mają wpływ na nasze późniejsze funkcjonowanie. Okazuje się, że budziki z melodyjką mogą podwyższać poziom czujności. Budziki z alarmem powiązano zaś z podwyższonym poziomem porannego oszołomienia.
Odkrycia opisane na łamach PLoS ONE mają znaczenie dla osób, które muszą być w szczytowej formie niedługo po przebudzeniu, np. dla pracujących w służbach ratowniczych.
Stuart McFarlane, doktorant z RMIT, podkreśla, że trudności z wybudzaniem, tzw. inercja senna, stanowią niekiedy istotny problem. Jeśli nie wybudzasz się prawidłowo, twoja wydajność w pracy może być upośledzona do 4 godzin, a w takiej sytuacji nietrudno o poważne wypadki.
Można by zakładać, że zaskakujące pikające dźwięki budzika zwiększą czujność, ale nasze dane pokazały, że kluczowe wydają się dźwięki melodyjne. Było to dla nas sporym zaskoczeniem.
Australijczycy podkreślają, że potrzebne są dalsze badania, które pokażą, jakie dokładnie połączenie melodii i rytmu sprawdza się najlepiej. Dodają, że większość ludzi wykorzystuje do wybudzania alarmy, a już teraz widać, że wybór dźwięku budzika może nieść za sobą ważne implikacje. Zwłaszcza dla osób, które krótko po przebudzeniu muszą pracować w niebezpiecznych warunkach, a więc np. dla strażaków czy pilotów [...].
W analizie uwzględniono odpowiedzi 50 osób; wypełniały one kwestionariusz online'owy. Każdy z ochotników wprowadzał dane nt. dźwięku wykorzystywanego do budzenia, a następnie oceniał poziom czujności i oszołomienia (wg standaryzowanych kryteriów inercji sennej).
To badanie jest naprawdę ważne, gdyż nawet astronauci z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej donoszą, że inercja senna ma wpływ na ich osiągi. Sądzimy, że ostre pikanie może zaburzać [...] aktywność naszego mózgu podczas przebudzenia, podczas gdy bardziej melodyjne dźwięki, takie jak Good Vibrations zespołu The Beach Boys czy Close to Me zespołu The Cure, mogą pomagać w przejściu do stanu czuwania w bardziej efektywny sposób - wyjaśnia prof. Adrian Dyer.
Naukowcy mają nadzieję, że postępy w takich dziedzinach, jak sztuczna inteligencja i technologia snu pomogą w lepszym zrozumieniu powiązań między dźwiękami i stanem czuwania.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.