طور مهندسون من جامعة كوينزلاند في أستراليا نوعًا جديدًا من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ، وحساسية هذا الجهاز أعلى من نظائرها. كان يسمى جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. إنه قادر على التقاط اهتزازات الخلايا الفردية والبكتيريا في جسم الإنسان وتقييم ما إذا كانت تعمل بشكل طبيعي.
نقول كيف يتم ترتيب ذلك.
الصورة Saroj Regmi / CC BYلماذا نحتاج هذا الاستشعار
يستخدم الموجات فوق الصوتية بنشاط في تشخيص الأمراض ، على سبيل المثال ، الموجات فوق الصوتية. في جهاز الموجات فوق الصوتية الكلاسيكية ، مصنوعة من باعث والمتلقي من بلورات كهرضغطية. عند تطبيق شحنة كهربائية متناوبة عليها ، تحدث اهتزازات ميكانيكية. التذبذبات تخلق موجات صوتية عالية التردد خارج السمع البشري.
تنعكس هذه الموجات من الأسطح ذات المعاوقة الصوتية العالية. تقوم العناصر الكهروإجهادية بتسجيل هذه الانعكاسات وتمكين تكوين صورة لكائن ما على شاشة الشاشة. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الأنظمة لديها عيب مهم - دقة منخفضة. بمساعدتهم ، يمكنك الحصول على صورة مفصلة عن العضو الداخلي ، لكن لا يمكنك تسجيل خلية واحدة.
تعهد الباحثون من جامعة كوينزلاند في أستراليا بحل هذه المشكلة. طوروا حساس عالي الحساسية يمكنه اكتشاف حركة الخلايا وحتى جزيئات الهواء.
كيف يعمل الاختراع
على عكس العناصر الكهروإجهادية الكلاسيكية ، لا ينبعث المستشعر الموجات الصوتية. فهي لا تلتقط سوى الإشعاع الصادر من كائنات الدراسة أو الهواء المحيط بها. قرص السيليكون الذي يبلغ قطره 148 ميكرون وسمك 1.8 ميكرون هو المسؤول عن تسجيل الأمواج. في الشكل ، يشبه عجلة الدراجات بأربع كلمات. عندما تصطدم الموجة الصوتية بالقرص ، يحدث الرنين ويتم تضخيم الإشارة.
يوجد في منتصف قرص السيليكون حامل رفيع يربطه بكاميرا المرنان البصري. تمر موجة الضوء الدائمة عبر هذه الكاميرا. يستجيب لذبذبات القرص تحت تأثير الصوت ويغير شكله. يتم تسجيل هذه التغييرات بواسطة جهاز الكشف الضوئي ، والذي يقع أيضًا في التجويف الضوئي. تتيح لك المعلومات التي يتلقاها المستشعر تحديد شكل الكائن الذي تم فحصه.
مزايا وعيوب
يلاحظ المطورون أن المستشعر الجديد قادر على التعرف على الموجات فوق الصوتية بمستوى ضغط صوتي يبلغ 50 ميكروليتر (حوالي 8 ديسيبل) بتردد من 80 كيلو هرتز إلى 1 ميجا هرتز. هذا هو أمران من حجم متفوقة على أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الأخرى. وفقًا للمهندسين ، فإن الجهاز قادر على التقاط الاهتزازات الصوتية بتردد أعلى ، ولكن خلال التجارب ، كانت هذه الموجات تبللت بسرعة كبيرة في الهواء ولم يتح لها الوقت للوصول إلى المستشعر.
سيتيح لك المستشعر الجديد الاتصال بأصغر الكائنات الحية دون اتصال. عادة ، يتم إزالة البكتيريا أو الفيروسات من البيئة للفحص ووضعها تحت المجهر ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في سلوكهم. بمساعدة تقنية جديدة ، يمكن دراسة الخلية أحادية الخلية في المكان الذي يعيشون فيه ، على سبيل المثال في الهواء أو التربة.
جهاز استشعار لديه العديد من العيوب. الأول هو أن حامل القرص في الجهاز غير معزول عن الضغط الصوتي. بسبب هذه الميزة ، يلتقط المستشعر ترددات أعلى من 800 كيلو هرتز: في الفضاء الموجود أسفل القرص ، يوجد صدى إضافي ، مما يزيد من مستوى الضوضاء. بالنسبة لبعض الترددات ، يمكن أن تصل إلى 50 ٪.
الصورة لي Maguire / CC BYالعيب الثاني هو أن سطح القرص يتصور بشكل غير متساو الإشارة. في أجزاء مختلفة منه ، يحدث الرنين الميكانيكي فقط تحت تأثير نطاق تردد ضيق. إذا كان تواتر الصوت المراد سماعه غير معروف ، فإن اكتشافه أمر صعب.
جهاز النظير
أول تماثلي للمستشعر هو المستشعر الكهروإجهادي الذي تحدثنا عنه في البداية. من الواضح أن العيب الرئيسي لأجهزة استشعار كهرضغطية هو انخفاض حساسية. ولكن لحل هذه المشكلة ، هناك بالفعل العديد من التقنيات. على سبيل المثال ، يتم استبدال السطح المعدني لأجهزة الاستشعار بألياف النانو التي هي أكثر عرضة للاهتزازات.
أيضًا ، لزيادة الدقة ، يتم وضع أجهزة استشعار كهرضغطية في الماء: يتم استخدام هذه التقنية في أنظمة القياس بناءً على التأثير الضوئي الصوتي. نظرًا لحدوث تأثيرات غير خطية ، يعمل الوسط السائل على تحسين اهتزازات الصوت التي يتم تشكيلها في الجهاز ، مما يبسط عملية اكتشاف الموجات.
تجدر الإشارة إلى نوع آخر من أجهزة الاستشعار - الميكانيكية البصرية ، والتي تستخدم الضوء لدراسة شكل الأشياء. يتم الجمع بين مصدر الليزر والرنان الميكانيكي على لوحة رقيقة تتأرجح مع أصغر التغييرات في إشارة الضوء. ثم يتم تتبع هذه الاهتزازات بواسطة كاشف الصور.
مجسات الحساسية البصرية الميكانيكية قابلة للمقارنة بأجهزة الموجات فوق الصوتية القادرة على اكتشاف الجزيئات الفردية. ومع ذلك ، لا يمكنهم التعرف على الكائنات التي تكون أصغر من طول موجة الضوء.
يلاحظ الخبراء أنه في المستقبل ، ستجد المستشعرات الحساسة (والميكانيكية البصرية) تطبيقًا في المنازل الذكية ، حيث ستصبح جزءًا من أنظمة الكشف عن تسرب الغاز.
قراءة إضافية - من قناة Telegram و "Hi-Fi World":
الصوت على السلك: تاريخ التلغراف anhedonia الموسيقية ، أو لا يحب الجميع الموسيقى
Trautonium: الموجة الألمانية في تاريخ التوليفات كل ما تحتاج لمعرفته حول DAC