Акустические радары найдут безбилетников по дыханию
Франклин Фелбер, инженер компании Starmark Inc., разработал акустический радар, способный обнаружить безбилетных пассажиров даже сквозь металлические стенки грузовых контейнеров. Его чувствительность позволяет определять присутствие «зайцев» даже по движению их грудной клетки при дыхании. Описание устройства доступно на сайте arXiv.org, а кратко с его функционалом можно ознакомиться в материале издания MIT Technology Review.
Устройство состоит из молоточка, ударяющего по специальной металлической пластине и порождающего акустические волны определенной частоты, и приемника. Если пластина соединена с металлическими стенками контейнера напрямую, то она передает эти колебания сквозь упругую среду во внутреннее пространство, где они, многократно отражаясь, регистрируются приемником.
Приемник представляет собой несколько пьезоэлектрических генераторов, создающих электрическое напряжение при деформации, вызванной колебаниями стенки контейнера. В ответ на каждый удар по пластине приходят многочисленные отражения, разные по интенсивности и времени прибытия. Усиленные сигналы от них обрабатываются компьютером и сравниваются между собой. Вычитая друг из друга такие эхо, полученные от разных изначальных импульсов, можно определить, меняется ли характер отражения звуковых волн в контейнере.
Одной из причин изменения отражения может быть наличие внутри движущегося объекта. Точность и чувствительность прибора позволяют зафиксировать даже такие изменения, как колебания грудной клетки при дыхании. Внешний вид устройства Изображение: Franklin Felber, arXiv.org, 2015
Самой сложной задачей, стоявшей перед инженером, являлось обеспечить такой контакт между металлическим контейнером и генератором акустических волн, который не влиял бы в значительной степени на частоту излучения. В тестовых экспериментах этого добиться удалось, однако получится ли добиться такого результата в полевых испытаниях прибора, пока неизвестно. Автор изобретения настроен оптимистично. Он уверен, что его устройство сможет обнаруживать безбилетных пассажиров, сканируя грузовые контейнеры по одной штуке за полминуты.
Проблема нелегальной миграции стоит перед пограничными службами многих стран и требует чрезвычайно внимательного досмотра грузов, пересекающих границу на поездах, кораблях и фурах. Современные сканирующие устройства, как правило, не способны обнаруживать неподвижные живые объекты, находящиеся внутри металлических контейнеров — микроволновые радары и пассивные инфракрасные сенсоры обладают довольно серьезными ограничениями. Вместе с тем, надежный способ контроля грузов — использование гамма-излучения, легко проникающего сквозь металл. Но такое излучение опасно для здоровья людей и не может быть использовано для поиска «зайцев».
Он оказался точнее и эффективнее предыдущих версий
Американские ученые разработали тонкопленочный охладитель, с помощью которого люди с протезами руки могут чувствовать температуру предметов. С помощью полупроводников и сверхрешеток он охлаждается в участках культи, которые воспринимают механические и термические ощущения, что вызывает соответствующие ощущения в фантомной руке. По сравнению с предыдущими термоэлектрическими устройствами эта разработка меньше весит и точнее передает информацию о температуре. Разработка описана в статье журнала Nature Biomedical Engineering. Ученые и биоинженеры разрабатывают все больше интерфейсов, которые позволяют с помощью стимуляции нервов в культе передавать ощущения при использовании протезов, включая давление, вибрацию и боль. Однако пока нет заметных успехов в разработке устройств для ощущения температуры в протезе — все существующие разработки неудобны для повседневного использования из-за большого веса и неэффективного энергопотребления. Генерация реалистичных и информативных тепловых сигналов в протезах позволила бы получать мультимодальную сенсорную информации об окружающей среде в режиме реального времени. Например, определять, температуру напитка, реагировать на горячие предметы или ощущать тепло личного прикосновения. Люк Осборн (Luke Osborn) с коллегами из Университета Джонса Хопкинса выдвинули гипотезу, что технологию тонкопленочного термоэлектрического охлаждения (TFTEC) можно использовать для передачи сигнала с протеза на конкретные рецепторные участки на культе, чтобы создавать полноценное ощущение температуры в фантомной руке. Для этого они разработали неинвазивный термоневральный интерфейс — между термическими стимулами и кожными рецепторами — с использованием устройства TFTEC. В этом устройстве использовались монокристаллические материалы и иерархические сверхрешетки, что придает ему высокую рабочую мощность, плотность охлаждения и, как следствие, быструю и энергоэффективную стимуляцию. Устройство толщиной 1,2 миллиметра и массой 0,05 грамма способно снижать температуру на 10-20 градусов Цельсия за три секунды и удерживать этот температурный градиент в течение длительного времени. В лабораторных условиях эти показатели были значительно лучше, чем у предыдущих, объемных, версий термоэлектрических интерфейсов. Поскольку после ампутации нервы культи могут «иннервировать» фантомную конечность, ученые определили у четырех человек с ампутированной рукой участки культи, которые при механической или термической стимуляции вызывали ощущения прикосновения и температуры в фантомной руке. Устройство TFTEC поместили на кожу четырех участников с ампутацией, чтобы восстановить ощущение температуры в фантомной руке. Все участники ощущали охлаждение c экспериментальным устройством, с контрольным термоэлектрическим устройством эффект почувствовали только два участника. Кроме того, участники быстрее и интенсивнее воспринимали холодовые ощущения на культе и в фантомной руке по сравнению со стандартным объемным устройством. Аналогичные результаты показал эксперимент со здоровыми добровольцами, которые касались устройства указательным пальцем. В другом эксперименте участники управляли виртуальным модульным протезом руки, чтобы прикоснуться к виртуальным объектам и определить холодный. Во всех тестах устройство TFTEC помогало людям быстрее и точнее справиться с заданием по сравнению с классическими устройствами. Наделять протез ощущениями важно, чтобы человек без конечности мог нормально адаптироваться к нему и жизни с ним. Например, недавно мы рассказывали, что тактильная стимуляция облегчила управление протезом руки.