नया अल्ट्रासोनिक सेंसर आपको बैक्टीरिया को "सुनने" की अनुमति देता है - यह कैसे काम करता है

ऑस्ट्रेलिया में क्वींसलैंड विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने एक नए प्रकार का अल्ट्रासोनिक सेंसर विकसित किया है, जिसकी संवेदनशीलता एनालॉग से बेहतर है। सेंसर को अल्ट्रा-अल्ट्रासोनिक कहा जाता था। वह मानव शरीर में व्यक्तिगत कोशिकाओं और जीवाणुओं के कंपन को पकड़ने में सक्षम है और मूल्यांकन करता है कि क्या वे सामान्य रूप से कार्य करते हैं।

हम बताते हैं कि यह कैसे व्यवस्थित किया जाता है।


फोटो सरोज रेगमी / CC BY

हमें ऐसे सेंसर की आवश्यकता क्यों है

अल्ट्रासाउंड का उपयोग रोगों के निदान में सक्रिय रूप से किया जाता है, उदाहरण के लिए, अल्ट्रासाउंड के लिए। एक क्लासिक अल्ट्रासोनिक डिवाइस में, एमिटर और रिसीवर पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल से बने होते हैं। जब एक वैकल्पिक विद्युत आवेश उन पर लगाया जाता है, तो यांत्रिक कंपन होते हैं। दोलन उच्च आवृत्ति ध्वनि तरंगों का निर्माण करते हैं जो मानव सुनवाई से बाहर हैं।

इन तरंगों को उच्च ध्वनिक प्रतिबाधा के साथ सतहों से परिलक्षित किया जाता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक तत्व इन प्रतिबिंबों को पंजीकृत करते हैं और मॉनिटर स्क्रीन पर किसी वस्तु की छवि बनाना संभव बनाते हैं। हालांकि, ऐसी प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण दोष है - कम रिज़ॉल्यूशन। उनकी मदद से, आप आंतरिक अंग की एक विस्तृत छवि प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन आप एक सेल को पंजीकृत नहीं कर सकते।

ऑस्ट्रेलिया के क्वींसलैंड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इस समस्या को हल करने का बीड़ा उठाया। उन्होंने एक उच्च-संवेदनशीलता सेंसर विकसित किया जो कोशिकाओं और यहां तक ​​कि हवा के अणुओं के आंदोलन का पता लगा सकता है।

आविष्कार कैसे काम करता है

शास्त्रीय पीज़ोइलेक्ट्रिक तत्वों के विपरीत, सेंसर ध्वनिक तरंगों का उत्सर्जन नहीं करता है। यह केवल अध्ययन की वस्तुओं या उनके आसपास की हवा से आने वाले विकिरण को उठाता है। 148 माइक्रोन के व्यास के साथ एक सिलिकॉन डिस्क और 1.8 माइक्रोन की मोटाई तरंगों को पंजीकृत करने के लिए जिम्मेदार है। आकार में, यह चार-स्पोक साइकिल पहिया जैसा दिखता है। जब एक ध्वनिक लहर एक डिस्क से टकराती है, तो प्रतिध्वनि होती है और संकेत प्रवर्धित होता है।

सिलिकॉन डिस्क के केंद्र में एक पतली स्टैंड है जो इसे ऑप्टिकल रेज़ोनेटर के कैमरे से जोड़ता है। इस कैमरे से एक स्थायी प्रकाश तरंग गुजरती है। यह ध्वनि के प्रभाव के तहत डिस्क कंपन का जवाब देता है और इसका आकार बदलता है। ये परिवर्तन फोटोडेटेक्टर द्वारा दर्ज किए गए हैं, जो ऑप्टिकल गुहा में भी स्थित है। सेंसर द्वारा प्राप्त जानकारी आपको जांच की गई वस्तु के आकार को निर्धारित करने की अनुमति देती है।

फायदे और नुकसान

डेवलपर्स ध्यान दें कि नया सेंसर 80 kHz से 1 MHz की आवृत्ति पर 50 μPa (लगभग 8 dB) के ध्वनिक दबाव स्तर के साथ अल्ट्रासोनिक तरंगों को पहचानने में सक्षम है। यह अन्य अल्ट्रासोनिक सेंसर से बेहतर परिमाण के दो आदेश हैं। इंजीनियरों के अनुसार, डिवाइस एक उच्च आवृत्ति के साथ ध्वनिक कंपन लेने में सक्षम है, हालांकि, प्रयोगों के दौरान, ऐसी तरंगें हवा में बहुत तेज़ी से नम हो गईं और सेंसर तक पहुंचने का समय नहीं था।

नया सेंसर आपको सबसे छोटे जीवित जीवों से बिना संपर्क के संपर्क करने की अनुमति देगा। आमतौर पर, बैक्टीरिया या वायरस को जांच के लिए पर्यावरण से हटा दिया जाता है और माइक्रोस्कोप के नीचे रखा जाता है, जिससे उनके व्यवहार में बदलाव हो सकता है। नई तकनीक की मदद से, एककोशिकीय का सही अध्ययन किया जा सकता है जहां वे रहते हैं, उदाहरण के लिए हवा या मिट्टी में।

सेंसर के कई नुकसान हैं। पहला यह है कि डिवाइस में डिस्क स्टैंड ध्वनिक दबाव से अलग नहीं है। इस विशेषता के कारण, सेंसर 800 किलोहर्ट्ज़ से अधिक आवृत्तियों को खराब करता है: डिस्क के नीचे अंतरिक्ष में एक अतिरिक्त प्रतिध्वनि होती है, जो शोर के स्तर को बढ़ाती है। कुछ आवृत्तियों के लिए, यह 50% तक पहुंच सकता है।


फोटो ली मगुइरे / सीसी बाय

दूसरा दोष यह है कि डिस्क की सतह असमान रूप से सिग्नल को मानती है। इसके विभिन्न भागों में, यांत्रिक अनुनाद केवल एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज के प्रभाव में होता है। यदि ध्वनि की आवृत्ति "सुनी" जानी जाती है, तो यह पता लगाना मुश्किल है।

डिवाइस एनालॉग्स

सेंसर का पहला एनालॉग पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर है, जिसके बारे में हमने शुरुआत में बात की थी। जाहिर है, पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर का मुख्य दोष उनकी कम संवेदनशीलता है। लेकिन इस समस्या को हल करने के लिए पहले से ही कई प्रौद्योगिकियां हैं। उदाहरण के लिए, सेंसर की धातु की सतह को नैनोफिबर्स के साथ बदल दिया जाता है जो कंपन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं।

इसके अलावा, रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने के लिए, पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर को पानी में रखा जाता है: इस तकनीक का उपयोग फोटोकॉस्टिक प्रभाव के आधार पर माप प्रणालियों में किया जाता है। गैर-रैखिक प्रभाव की घटना के कारण, तरल माध्यम डिवाइस में बनने वाले ध्वनि कंपन को बढ़ाता है, जो तरंगों का पता लगाने को सरल करता है।

यह एक अन्य प्रकार के सेंसर - ऑप्टोमैकेनिकल पर ध्यान देने योग्य है, जो वस्तुओं के आकार का अध्ययन करने के लिए प्रकाश का उपयोग करते हैं। लेज़र स्रोत और मैकेनिकल रेज़ोनेटर को एक पतली प्लेट पर संयोजित किया जाता है जो प्रकाश संकेत में सबसे छोटे परिवर्तनों के साथ दोलन करता है। इन कंपन को फिर एक फोटो डिटेक्टर द्वारा ट्रैक किया जाता है।

ऑप्टोमैकेनिकल संवेदनशीलता के सेंसर अल्ट्रा-अल्ट्रासोनिक लोगों के लिए तुलनीय हैं और व्यक्तिगत अणुओं का पता लगाने में सक्षम हैं। हालाँकि, वे उन वस्तुओं को नहीं पहचान सकते जो प्रकाश तरंग दैर्ध्य से छोटी हैं।

विशेषज्ञ ध्यान दें कि भविष्य में, संवेदनशील अल्ट्रासोनिक (और ऑप्टोमैकेनिकल) सेंसर स्मार्ट घरों में आवेदन पाएंगे, जहां वे गैस रिसाव का पता लगाने वाले सिस्टम का हिस्सा बन जाएंगे।

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