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超声波的超级用途

2017-11-27智七柱

大科技·百科新说 2017年9期
关键词:全息图蝙蝠钻头

智七柱

人耳听得见的声音,都是振动频率在20~20000赫兹之间的声波。超声波是一种独特的声波,频率超过20000赫兹,人耳听不到,但是它真的存在,并且大有用处。

20世纪30年代,超声波开始应用于医疗领域,成为一种不可或缺的医疗工具。比如产前检查,用超声波可以“看到”胎儿的状况。现在它几乎在各个生产生活领域都得到了应用。超声波的高频振动,可以杀死细菌,焊接塑料,甚至能在短短几天内“催熟”原本需要好几年的白兰地酒。未来,超聲波的用途将更加广泛,也会给生产生活带来更大改变。

真正的免提电话

科幻电影里,经常出现一些镜头。人们把手在空中指指点点,就能操作电脑,还能把虚拟屏幕拉到眼前,或推到身后。如今这种技术已经初步实现了,比如微软的Kinect,这是一款游戏设备,它能检测游戏玩家手的位置与动作,并随之启动相应的操作,就是说玩家不需接触、触摸任何其他设备,直接用手“隔空”操作机器。但它还不太完美,若手放不到正确位置,就无法准确地下达指令,因此目前还无法大范围普及。

然而借助超声波,这种技术有望得到突破。有研究人员把一组超声波发射器所发出的超声波聚焦在小范围内,就能在空气里创建隐形按钮。肉眼虽看不见,但它能被皮肤感觉到,因为这会在皮肤上产生轻微的压力感。隐形按钮与物理按钮一样有效,并且人们不需将手放到“正确位置”,也不需按指定手势操作,只要循着压力感操纵它即可。

应用这项技术,很多电子设备就会变成完全防水的,非触摸式的,而且设备还能随时监控周围环境变化。届时智能手机将更智能,甚至不需要触摸,它就能识别你的意图,直接解锁、打电话。虚拟现实技术也将更加逼真,不仅能看到、感受到三维立体环境,还可以隔空操控它。这将为电子游戏和娱乐业带来新的发展空间。

另外,还可以把超声波与无线充电技术结合,将超声波能量转化为电能,这样家里、学校里、公司里只要有超声波发射器,手机就将永远有电。

超声波全息图像

在医疗领域,超声波常常用来透视人体,并形成二维图像。如今这项技术正在得到进一步改善,二维图像将变成三维全息图像。

实现这种技术需要一种特定介质,通过超声波移动介质中的微观粒子,就能形成全息图像。例如,在水里投放一些塑料颗粒,事先设计的超声波会投射到水里,且会移动塑料颗粒,使其排列到特定方位,形成三维全息图像。

除了形成超声波全息图像,改进医学成像技术外,超声波还可以用在治疗方面,比如精确投放药物。

“复明”眼镜

超声波另一个巨大用途,就是能让盲人“复明”。这借鉴了蝙蝠回声定位的原理。蝙蝠飞行时,不是靠视觉探路来捕捉猎物,相反它靠的是耳朵。蝙蝠发出超声波,遇到周遭物体、猎物时就会反射回来,蝙蝠根据反射回来的超声波,就能对周遭情况判断得一清二楚。反射回来的超声波包含了周遭物体的位置、形状、大小等信息。

美国科学家据此发明了超声波头盔,它可以像蝙蝠那样发出一种超声波,并能捕捉反射回来的超声波,再转换成人耳听得见的声音。只要经过学习,人类大脑就可以学会识别这种声音,把它转换成一种思维图像,包含周遭环境详细信息,从而使盲人“恢复”视觉。

在不久的将来,这项技术必会越来越具有实用性和便携性,或许有一天它会被装配到特制的眼镜里,使盲人戴上眼镜就能“看见”世界。

牵引光束

能量强大的超声波,照射物体能使之离地悬浮。实验证明,只要有足够的能量,靠超声波托举物体腾空并向不同方向移动,是完全可能的。这与许多科幻电影里出现的牵引光束非常类似。

英国科学家已经证明,把一组超声波发射器以一定顺序排列,使它们发出的超声波聚焦,就可以产生足够强的力,举起珠子大小的物体,使之离地悬空。如果要举起更大的物体,比如一箱货或一个人,只需要加大能量,使超声波足够强大就可以。

目前还不清楚超声波能量对人体是否会有伤害,以及伤害有多大。但是,这项技术的用途仍然很广,比如在医疗领域,或许会带来许多革命性改进,可以用来移动药物,使其直达目标细胞。

高效钻头

超声波还可以用在地质勘探上。高功率的超声波振动具有强大能量,可以有效地压缩、挤压物质。在地质勘探上,它可以当“钻头”用,就像真实钻头一样,在地下挤压出一条通道。目前在勘探石油和天然气矿藏方面,这项技术正被应用和研究。

超声波回声定位技术,可以设计到无人机的传感器里面,使无人机能有效避开障碍物,从而可以飞往一些危险区域和人类难以企及的地方,完成人类无法完成的任务。

更重要的,超声波的勘探和定位技术并不局限于地球。未来人类登陆火星,开采资源就需要新的方式,因为火星上重力很小(约为地球的0.38倍),常规钻头无法产生足够的下钻力量。这时,用超声波钻探、收集样品,就正得其时。endprint

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