Содержание
Компьютер научился левитировать объекты и манипулировать ими в воздухе с помощью звука — Газета.Ru
Компьютер научился левитировать объекты и манипулировать ими в воздухе с помощью звука — Газета.Ru | Новости
close
100%
Британские исследователи разработали технологию, позволяющую небольшим объектам левитировать в воздухе с помощью звуковых волн, и научились манипулировать ими вблизи неровных поверхностей и рядом с меняющими форму препятствиями. Статья об этом опубликована в издании New Scientist со ссылкой на статью в журнале Science Advances.
Рюдзи Хираяма с факультета компьютерных наук Университетского колледжа Лондона и его коллеги ранее уже использовали звук, чтобы поднимать в воздух светящиеся шарики и создавать плавающие трехмерные фигуры. Теперь они научились управлять ими в меняющейся обстановке. Для этого они использовали 256 небольших громкоговорителей, расположенных в виде сетки, которые посылали ультразвуковые волны точно рассчитанной конфигурации.
Когда эти звуковые волны встречались с поверхностями, которые обычно рассеивают их, вроде стен или комнатных растений, компьютерные алгоритмы быстро все пересчитывали и корректировали форму волн, чтобы продолжать поддерживать левитацию.
Исследователи продемонстрировали свою технику, распечатав на 3D-принтере маленького пластикового кролика, а затем левитируя объекты рядом с ним. В одном эксперименте они заставили светящиеся бусины летать вокруг кролика в форме бабочки, чьи «крылья» можно было контролировать движениями пальцев экспериментатора. В другом случае левитировали кусок почти прозрачной ткани над кроликом и заставляли его вращаться, в то время как проектор проецировал на него изображение кролика. В результате получилась трехмерная голограмма кролика, парящая над своим пластиковым аналогом. Удавалось также левитировать капли краски над стаканом воды. Это показывает, что алгоритм работает даже при подвешивании объектов, меняющих форму, над поверхностью, которая может покачиваться, отражая звук.
Брюс Дринкуотер из Бристольского университета в Великобритании считает, что новую технологию можно использовать для эффектной подачи информации на музейных выставках или в рекламе. Ее также можно применять в химической инженерии, используя звуковые волны для смешивания различных компонентов бесконтактным способом. Доработанные методы левитирования объектов кажутся теперь более практичными, чем предыдущие эксперименты, поскольку могут обеспечить устойчивость акустической левитации.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Георгий Бовт
Не догонишь – не похоронишь
О том, как мы хотели перегнать Америку, но потом передумали
Алексей Мухин
Хромая утка по-пекински
О возможном конфликте США и Китая
Мария Дегтерева
Там чудеса, там леший бродит
О бюрократии и чиновничестве в России
Иван Глушков
Холодное блюдо
О гастрономическом путешествии на Таймыр
Дмитрий Самойлов
Праздник за праздником
О Дне народного единства и Дне Октябрьской революции
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Звуковая левитация: evan_gcrm — LiveJournal
Оригинал взят у maksym_tt
Оригинал взят у rodom_iz_tiflis
Вначале было Слово.
Скалярная Галограмма.
Звук способен превратиться в свет.
Киматика.
Волновой генератор материи.
Магия Ритмодинамики.
Этого долго ждали.
Посохи Волшебников.
Звуковая левитация
Звуковая левитация — не фантастика, а успешные эксперименты.
Вальс звуковой левитации:
Левитация в звуковой стоячей волне:
Левитация создается за счет так называемой стоячей волны и аккустического резонанса. Рассмотрим явление более подробно и каким образом оно могло быть созданно в храмах?
Резонанс
Резонанс удивительным образом концентрирует даже слабые потоки энергии и способен эффективно трансформировать один вид колебаний в другой.
Update
Вначале я давал ссылку на то, как в Волгограде колеблется мост от средней силы ветра. Достоверность события вызвала вопросы, поэтому по рекомендации блоггера drsemyon заменяю ролик на простой но наглядный эксперимент, демонстрирующий эффект резонанса:
А от себя добавлю ролик о силе звуковых колебаний в «поющих тибетских чашах», которые, помимо прочего, могут привести к эффекту закипания воды:
Резонанс во многих случаях творит чудеса, которые в других случаях невозможны.
Рассмотрим, какие есть средства по работе со звуковым резонансом.
Резонаторы Гемгольца
Для эффективной работы системы и создания стоячей волны необходимо настроить её на резонансную частоту. Делается это с помощью так называемых резонаторов Гемгольца — хоть 200 лет назад, хоть сейчас:
Резонатор Гемгольца
Резонатор по конструкции — это любая емкость с горлышком. Кто в детстве не баловался гудением пустой бутылки, если медленно дуть вдоль отверстия? Возникает резонанс, который мы слышим как гудение. Частота такого резонанса зависит от геометрических параметров горлышка (длина, сечение) и объема сосуда. Гемгольц предпринял попытку даже синтезировать гласные звуки с помощью набора резонаторов, то есть сделал первый аналоговый синтезатор Фурье.
По ссылке — интересные картинки, да и вообще — сайт интересный, много статей про звук.
Такие же принципы частотных резонаторов Гельмгольца использовались и в Храмах, только в стены заделывали глинянные сосуды, перевернутые вверх дном, хотя принцип их действия тот же.
Далеко ходить за примером не надо, в том же Португальском городе Томар есть самая старая синагога Португалии. Синагогу оставили еще в 15 веке, когда евреев изгнали из страны. Сейчас в синагоге — музей.
В углах на высоте примерно в два человеческих роста вмонтированны восемь кувшинов, по два на каждый угол. Присмотритесь к фото по центру внизу, чуть правее задней колонны — на ней видна пара отверстий. Аккустика такой небольшой синагоги действительно интересная для совсем небольшого помещения.
Кувшины в стене — аккустические резонаторы
По ссылке откроется текст на английском, где говорится про эту синагогу, в том числе — кувшины как аккустические резонаторы. Но перейдем к более крупным масштабам.
Резонаторы под храмами
Под многими храмами существуют оргомные цистерны. Большинство из них неизвестны. Назначение известных цистерн объясняют необходимостью хранения воды. Монахи, видимо, много пили.
Вот, к примеру — Стамбул, бывш. Константинополь, громадные цистерны под громадным же Софийским Собором.
Цистерна Базилика, Стамбул
А вот цистерны в «звездном форте», который назвают Португальский цитэ, в Марокканском городе El Jadida. По клику на картинке — больше фотографий.
Цистерны в Марокко, El Jadida.
Характерны колонны, своды, которые создают прекрасную аккустику. Как видно, везде уровень воды — минимальный, а также есть «горлышко». Обычно горлышко — это колодец на поверхности, то есть цистерны представляют собой классический резонатор Гельмгольца под храмами.
Частота резонанса таких цистерн легко подстраивается изменением уровня воды, который изменяет и объем помещения. Это в точности как разный тон звучания бутылки в зависимости от уровня воды в ней. Вернитесь к первому видео с «вальсом» — левитация создается мгновенно, но только тогда, когда частота совпадает точно и возникает резонанс.
Именно таким же образом, путем постепенного заполнения цистерны, добивались резонирующей частоты в храмах — магнитронах, создавая стоячую волну.
Вполне вероятно, что в некоторый момент возникал эффект левитации, или, по-религиозному — вознесения.
По крайней мере, на множестве картин о вознесении присутствуют звуковые инструменты, что показывает связь звуковых волн и вознесения. Например, вот на этом фрагменте полотна:
Фрагмент картины вознесения Богородицы. Взято у уважаемой Ассукарейры.
Цистерны в Храме Христа в Томаре
В тамплиеровском Храме Христа в Томаре, который рассматривался в предыдущем посте, порядка десятка цистерн различной конструкции и размеров. Здесь — подробное описание (на португальском).
Цистерны расположены и под центральным «магнетронным резонатором» — на снимке ниже видно круглое отверсие колодца, к сожалению, закрытое:
Отверстие цистерны под «Шаролой (Charola)» в Храме Христа в Томаре.
Огромный акведук поставлял воду в промышленных масштабах, прямо на высоту верхнего этажа Храма.
Акведук Pegões и западное крыло Храма Христа в Томаре
Таким образом, цистерны использовались как настроечные резонаторы для подроба нужной для левитации частоты в храмах-генераторах.
Для этого достаточно было подобрать правильный уровень заполнения водой из ближайшего акведука. Возможно, что резонанс в храмах использовался не только и даже не столько для левитации, но определенно левитация могла быть с технической точки зрения.
физиков разработали новый способ левитации объектов с помощью только звука: ScienceAlert
Левитация объекта (l) и схема массива. (Кондо и Окубо, JJAP, 2021 г.)
Недавно разработанный метод левитации и манипулирования крошечными объектами с помощью звуковых волн может стать важным шагом вперед для технологии.
Японские инженеры придумали, как поднимать предметы с отражающих поверхностей с помощью акустической левитации. Хотя они еще не могут сделать это надежно, прогресс может помочь раскрыть весь потенциал манипулирования физическими объектами, используя только звук.
Биомедицинская инженерия, нанотехнологии и разработка фармацевтики — вот некоторые из областей, в которых манипулирование объектами без прикосновения к ним может оказаться действительно полезным.
Мы уже можем сделать это с помощью технологии, называемой оптическим пинцетом, в которой используются лазеры для создания достаточного радиационного давления, чтобы левитировать и перемещать очень маленькие частицы.
Акустический пинцет , в котором давление, создаваемое звуковыми волнами, может использоваться для перемещения частиц, может стать еще более мощным инструментом. С их помощью можно было манипулировать более широким кругом материалов и больших размеров — вплоть до миллиметрового масштаба.
Однако, несмотря на то, что акустический пинцет был впервые обнаружен в 1980-х годах, существуют существенные ограничения, препятствующие широкому практическому применению акустического пинцета. Для начала вам понадобится надежная «ловушка» из звуковых волн.
Полусферические массивы акустических преобразователей можно использовать для создания звуковой ловушки, но управлять ими в режиме реального времени сложно, так как вам нужно создать правильное звуковое поле, чтобы поднять объект и переместить его далеко от преобразователей.
Еще сложнее, если есть поверхность, отражающая звук, так как это может усложнить звуковое поле.
Инженеры Шота Кондо и Кан Окубо из Токийского столичного университета в Японии придумали, как построить полусферическую акустическую решетку, которая может поднять 3-миллиметровый шарик из полистирола с отражающей поверхности.
«Мы предлагаем многоканальную полусферическую решетку ультразвуковых преобразователей для бесконтактного захвата на жестком столике с отражением», — написали они в своей статье.
«Фаза и амплитуда каждого канала оптимизируются с использованием метода воспроизведения звука. Это создает акустическую ловушку только в желаемом положении, и, таким образом, звукосниматель может быть реализован на жесткой сцене. Насколько нам известно, это первое исследование, демонстрирующее бесконтактный захват с использованием этого подхода».
Их метод основан на разделении массива датчиков на блоки, что более удобно, чем пытаться контролировать датчики по отдельности.
Затем они использовали обратный фильтр для воспроизведения звуков на основе формы акустической волны. Это помогает оптимизировать фазу и амплитуду каждого канала преобразователя для создания желаемого акустического поля.
Трехмерное моделирование показало, как и где создается поле с использованием этих методов.
Затем это поле можно перемещать, что, конечно же, также перемещает захваченную в нем частицу. Используя этот массив, исследователи смогли подобрать свой пенополистирол с зеркальной поверхности, но ненадежно — иногда шарик отскакивал от акустического давления, а не попадал в ловушку.
Тем не менее, работа представляет собой шаг вперед, так как ранее бесконтактный съем с отражающей поверхности не производился. Это — даже ненадежно — показывает нам, как двигаться вперед.
«В будущих исследованиях, — писали исследователи, — надежность предлагаемого метода будет улучшена для практического использования бесконтактного датчика».
Исследование было опубликовано в Японском журнале прикладной физики .
Левитирующие объекты со звуком могут революционизировать виртуальную реальность и 3D-печать | Новости ЛЧ
Использование звука для левитации чего-либо, когда на пути есть другие объекты, было впервые продемонстрировано исследователями UCL и может привести к прогрессу в сфере производства и развлечений.
Находки открывают возможности для более продвинутых интерактивных развлечений с помощью виртуальной реальности и смешанной реальности в тематических парках, игровых автоматах и музеях. Технология, использующая 3D-левитацию, может привести к полному погружению в симуляции реального мира без необходимости использования неуклюжих наушников или защитных очков.
Этот метод также может улучшить 3D-печать, позволяя производителям создавать более сложные объекты из нескольких материалов, в отличие от используемого в настоящее время подхода послойной сборки из одного материала.
Предыдущие исследования уже показали, что левитация с помощью звуковых волн возможна.
Объекты можно удерживать и перемещать в воздухе, используя силу ультразвуковых волн высокой интенсивности (частота которых выше, чем может слышать человек), чтобы удерживать что-либо на месте, что известно как акустическая левитация. Этот метод также позволяет создавать интерактивные 3D-изображения, такие как голограммы, в воздухе, которые вы можете видеть, чувствовать и слышать.
Однако до сих пор это можно было сделать только на пустом месте; все, что мешает звуковой волне, может привести к падению левитирующих объектов.
В статье, опубликованной в журнале Science Advances , исследовательская группа сделала еще один шаг вперед, показав, как акустическая левитация возможна за пределами такой контролируемой среды и может быть достигнута с помощью объектов поблизости, таких как стены, приборная панель автомобиля. или другие обычные приспособления.
Соавтор доктор Диего Мартинес Пласенсия (UCL Computer Science) сказал: «В прошлом наши 3D-дисплеи должны были существовать в вакууме, но теперь мы можем создавать 3D-контент прямо перед вами. Никаких очков или трюков не требуется, просто 3D-формы разделяют то самое пространство, в котором мы живем».
Ведущий автор доктор Рюдзи Хираяма (UCL Computer Science) сказал: «До сих пор мы могли продемонстрировать акустическую левитацию только для виртуальной реальности и голограмм в контролируемых средах без каких-либо других объектов поблизости, которые могли бы прерывать и рассеивать звуковые волны. В этой статье мы показали, как мы можем перемещать объекты и даже создавать цифровой контент, такой как голограммы, в реальных условиях, учитывая близлежащие объекты в режиме реального времени. Это открывает возможности для полного погружения в виртуальную реальность и интерактивных голограмм».
Команда подняла в воздух различные объекты, включая полистироловые шарики, воду и ткань, объединив два новых шага. Во-первых, они рассчитали, как выглядит путь звуковой волны в любое время, когда включены разные динамики, и как они отражаются от объектов в окружающей среде.
Второй шаг заключался в отработке быстрой техники быстрого включения и выключения динамиков, чтобы после рассеивания звуковой волны окружающая среда могла удерживать объект в воздухе.
Этот метод может модернизировать то, как продукты проектируются и производятся с помощью 3D-принтеров из нескольких материалов. Современные принтеры используют один дозатор для выпуска каждого материала в объекте. Это особенно важно, чтобы избежать перекрестного загрязнения материалов при использовании химических или биологических материалов.
Акустическая левитация позволит использовать множество материалов без перекрестного загрязнения или перемещения дозатора внутри производственного помещения (бесконтактное производство). Этот метод делает создание объекта более гибким, поскольку материал можно добавлять с любого направления, избегая послойного изготовления и позволяя создавать более сложные объекты из нескольких материалов.
Ведущий исследователь Шри Субраманиан (UCL Computer Science) сказал: «Я в восторге от того, как эта работа открывает двери для смешивания множества различных материалов в аддитивном производстве и 3D-печати. Акустическая левитация имеет огромный потенциал в прецизионном производстве, и эта работа прокладывает путь к реализации этой возможности».