كيف سيكون مستقبل علم الصوت السنوات المقبلة؟

عندما نفكر في مستقبل التكنولوجيا، غالباً ما نغض النظر عن مجال يشهد تقدماً ملحوظاً وسريعاً ألا وهو مجال وعلم الصوت. علم الصوت يكاد يكون واحد من اللبنات الأساسية التي يعتمد عليها المستقبل بشكل كبير، ويشهد حالياً تطوراً يكاد يكون مستحيلاً فيما مضى من الوقت، الخبراء والعلماء يعتقدون أنك ستسمع الكثير من الأخبار عن هذا العلم وتطوراته في السنوات القليلة القادمة.

اليوم سنسلط الضوء على بعض من التطورات التي حصلت في هذا المجال خلال الأعوام القليلة الماضية، والتي ستكون نواة أساسية للكثير من الاختراعات والابتكارات التي ستشكل مستقبل علم الصوت …

قدم فريق من الباحثين في جامعة بنسلفانيا الثلاجة التي تحفظ الطعام عن طريق الصوت.

أنت لم تخطئ القراءة حيث سيتم تبريد الطعام من خلال الصوت، فقد لاحظ العلماء أن الموجات الصوتية تقوم بضغط وتوسيع الهواء من حولها، الأمر الذي يؤدي إلى تبريد وتسخين الهواء بشكل دوري.

بشكل طبيعي الموجات الصوتية لا تؤثر في الحرارة إلا بمقدار صغير جداً، لكن يمكن أن يكون التأثير أكبر إن تم وضع الغاز في الثلاجة بضغط أكبر بكثير مما هو موجود في الهواء من حولنا.

ستقوم الثلاجة thermoacoustic -كما يطلق عليها – بتحفز الغاز داخل مكان التبريد بما يقارب من 173 ديسبيل من الصوت وإنتاج الحرارة. داخل الثلاجة يوجد مسارات من اللوحات المعدنية التي تمتص الحرارة وتوصلها إلى نظام المبادلات الحرارية.

تم تطوير الثلاجة بشكل يجعلها صديقة للبيئة، على عكس الثلاجات التقليدية التي تعتمد في عملية تشغيلها على غازات تضرّ الغلاف الجوي الخاص بالأرض وخاصة طبقة الأوزون منه، كما ستستفيد هذه الثلاجة الجديدة من العناصر الخاملة في الهواء مثل غاز الهيليوم الذي يتسرب خارج الأرض من دون أي استخدام، لذلك سوف تكون هذه الثلاجة الأكثر فائدة للبيئة ضمن الثلاجات المنتشرة في الأسواق، ومع تقدم العلم كل يوم بخطى وثيقة يأمل العلماء والخبراء الذين يعملون على المشروع أن تحلّ الثلاجة thermoacoustic مكان الثلاجات التقليدية في القريب العاجل.

استخدمت الموجات فوق الصوتية في لحام البلاستيك منذ الستينات تقريباً، وتعمل عن طريق ضغط اثنين من المواد البلاستيكية معاً عن طريق الحرارة ومن ثم يتم تغذيتها بالموجات فوق الصوتية التي تسبب اهتزاز الجزيئات الأمر، الذي يؤدي إلى الاحتكاك ويولد الحرارة والنتيجة هي قطعة واحدة مصهورة بشكل متساوي من القطعتين ورائعة المنظر.

وكالعديد من التقنيات تم اكتشاف هذه التقنية عن طريق الصدفة من قبل روبرت سولوف Robert Soloff، بعد هذا الاكتشاف قام كل من روبرت وزملائه بتطوير الفكرة وتسجيلها في مصلحة براءات الاختراع تحت مسمى ” طريقة دمج بالموجات فوق الصوتية ” وبعد هذا الاكتشاف تم استخدام هذه الطريقة في اللحام في الكثير من الصناعات المتعددة بدءً بمقتنيات الأطفال وانتهاءً بالسيارات، وتستخدم هذه التقنية في أي مجال يكون البلاستيك عنصراً فيه.

مؤخراً بدأت البحرية الأميركية بتجارب على صناعة بدلات رسمية خاصة بها يتم تخييطها وتصنيعها بهذه الطريقة، طالما البدلات الرسمية يوجد عنصر النايلون فيها، فيمكن استخدام هذه التقنية لجعل البدلات الرسمية أقوى وأخف وزناً وخاصة من أجل الحروب، على الرغم من أن بعض شركات الألبسة العالمية بدأت باستخدام طبقات مصنوعة وتم تخييطها عن طريق الموجات فوق الصوتية في بعض الملابس، لكن البحرية الأميركية ما زالت تقوم بتجريب هذه التقنية ولم يتم اعتمادها بعد، يجدر الإشارة بأن هذه التقنية ما زال استخدامها باهظ الثمن مقارنةً بعمليات الخياطة العادية.

وجد الباحثون في علم الصوت والحاسوب، وسيلة لنقل البيانات بين حاسوبين باستخدام الصوت وحده، لكن لم يتم الإعلان عنها لما لاحظوه من خطورتها في نقل فيروسات بشكل أكبر من فعاليتها في نقل البيانات.

بعد أن قام مستشار الأمن Dragos Ruiu بتنزيل نظام جديد لحاسوبه الماك بوك، لاحظ وجود بعض الأخطاء في الحاسوب مما يدل على وجود فيروس ما، لكنه قام بمحي جميع البيانات ثم إزالة النظام الحالي وتثبيت غيره ومع ذلك استمرت المشكلة بالظهور.

كان هناك نظريتان حول المشكلة، الأولى والمحتملة أكثر هي أن الفيروس قد استهدف نظام الإدخال والإخراج الأساسي أو ما يعرف بالبيوس BIOS بينما النظرية الثانية المستبعدة جداً كانت أن الفيروس يستخدم ترددات الصوت بين مكبرات الصوت والميكروفونات لنقل البيانات والاستمرار بالظهور، لكن ما زاد احتمالية ترجيح السبب الثاني هو قيام مجموعة من الباحثين في ألمانيا بفعل ذلك، حيث قام هؤلاء الباحثون اعتماداً على برنامج للتواصل تحت الماء بتطوير فيروس ينتقل بين حاسوبين غير متصلين بشبكة عن طريق مكبرات الصوت فقط، ويمكن أن ينتقل من جهاز إلى آخر عن بعد 20 متر تقريباً، وكل ذلك عن طريق مجموعة من ترددات الصوت بين المكبرات على غرار ترددات اللاسلكية WIFI.

الخبر الجيد في الموضوع أن انتقال البيانات عن طريق الموجات الصوتية بطيء جداً، حيث وصلت أعلى سرعة للنقل إلى ما يقارب من 20 بايت في الثانية فقط، وهذه السرعة لا تكفي لنقل المعلومات الكبيرة والمهمة لكنها تكفي لنقل القليل من المعلومات الهامة مثل كلمات المرور، مفاتيح التشفير أو بكل بساطة أرقام بطاقات الائتمان.

في هذا المقال كنا سنتمنى ظهور هذه التقنيات بأسرع وقت ممكن لكي نستفيد منها لكننا في هذه الحالة نتمنى أن تتأخر هذه الفيروسات قليلاً، فالطبع لن تريد أن تسرق كلمات مرور دخولك إلى حساباتك أثناء استماعك لإحدى المقطوعات الموسيقية!

الأطباء يقومون باستخدام الموجات الصوتية بأنواعها في العمليات، لكن بشكل محدود مثل استخدام الموجات فوق الصوتية في تفجير حصى الكلية، لكن الباحثين في جامعة ميشيغان قاموا بابتكار مشرط للعمليات الجراحية يعمل بالموجات الصوتية ويقوم بعمله بدقة متناهية تصل لقطع خلية واحدة فقط إن لزم الأمر.

الفكرة والتكنولوجيا النظرية لهذا المشرط كانت واردة منذ أواخر القرن التاسع عشر تقريباً، لكن المشرط الجديد يعتمد على استخدام عدسة مغلفة في الأنابيب النانوية الكربونية بالإضافة إلى مادة تسمى polydimethysiloxane كل هذا يعمل جنباً إلى جنب لتحويل الضوء إلى موجات صوتية ذات ضغط عالي، تمارس هذه الموجات الصوتية الضغط على المستوى المجهري للخلايا.

تم اختبار هذا المشرط على إحدى مرضى السرطان حيث تم فصل خلية السرطان عن الخلايا العادية بالإضافة إلى تفجير حصوات الكلى عند مريض آخر، يأمل العلماء والخبراء أن تكون هذه البداية للتوصل إلى وسيلة عن طريق هذا المشرط للقضاء على الأورام السرطانية الصغيرة في بداياتها، وقد يكون هذا المشرط قادراً على أداء هذه العملية من دون أي ألم يذكر تقريباً وذلك لأنه يمكنه تجنب الخلايا العصبية أثناء عملية الاستئصال.

يستخدم الباحثون تقنية النانو لتجميع الطاقة من مجموعة متنوعة من المصادر من أجل توليد الكهرباء، ومن أهداف هؤلاء الباحثون هو تهيئة الأجهزة لتتمتع بهذه التقنية في القريب العاجل.

نوكيا على سبيل المثال حصلت على براءة اختراع لجهاز يجمع الطاقة من الحركة وهو شيء يبدو معقولاً نوعاً ما، ونظراً لأن الصوت يتمتع بقابلية ضغط وتوسيع الغازات في الهواء كما ذكرنا سابقاً وهذا الضغط والتوسيع هو عبارة عن حركة فيزيائية تقريباً لذلك امكانية الحصول على الطاقة من الصوت باتت قاب قوسين أو أدنى، حيث تُجرى التجارب اليوم على الهواتف المحمولة في سبيل شحنها عن طريق الصوت أثناء إجراء المكالمات مثلاً.

استخدم بعض الخبراء في سيؤول في عام 2011، قضبان نانوية من أكسيد الزنك تقع بين قطبين لتوليد الكهرباء من الموجات الصوتية. التكنولوجيا استطاعت أن تولد 50 ميلي فولط تقريباً من الأمواج الصوتية لكن هذه الأمواج كانت ناتجة عن صوت صاخب جداً، لكن هذه الطاقة الصغيرة لا تكفي لشحن أي جهاز كهربائي، بالرغم من أن المهندسين في لندن تمكنوا من رفع هذه الطاقة لتصل إلى 5 فولط والتي تكفي لشحن الهاتف المحمول.

هذه التقنية ستكون أفضل خبر سيسمعه محبي التحدث على الهواتف المحمولة، لكنها ستؤثر أيضاً على تطور العالم بشكل كبير وخاصة الدول النامية والمتخلفة التي لا تملك مصادر كهرباء كافية.

مشروع Ishin-Den-Shin في شركة ديزني حيث قام الباحثون بتحويل جسم الإنسان إلى وسيلة لنقل الصوت، اسم المشروع بذاته هو عبارة عن تعبير ياباني للتواصل من خلال التفاهم بشكل خفي، وسمي بذلك لأن المشروح يتيح لأي شخص بإرسال رسالة صوتية بمجرد لمس أذن شخص آخر، غريب أليس كذلك؟ دعنا ندخل في التفاصيل قليلاً!

يمسك شخص بالجهاز الذي تم اختراعه والذي يتضمن ميكروفون، وعندما يتحدث هذا الشخص يقوم الجهاز بتسجيل الصوت ثم تحويلها إلى إشارة غير مسموعة تنتقل عبر أسلاك متصلة أيضاً بالميكروفون، الآن أثناء حمل الميكروفون كل ما عليك هو لمس أذن الشخص الآخر والذي سيسمع الحديث الذي تم تسجيله بنفس التعابير، للتفاجئ أكثر يمكن لهذا الصوت أن ينتقل بين مجموعة من الناس إذا كان الجميع متصلين بشكل فيزيائي!

وصل بنا العلم إلى أمور لم يكن جيمس بوند نفسه يتخيلها في مغامراته، فقد طورت كل من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT ومايكروسوفت وأدوبي خوارزمية تسمح بقراءة الأصوات السلبية من الجماد في مقاطع الفيديو.

الخوارزمية تقوم بتحليل الاهتزازات غير المحسوسة التي تقوم بها الموجات الصوتية عند وصولها إلى السطوح وتقوم هذه الخورازمية أيضاً بجعل هذه الاهتزازات مسموعة، تم تجريبها على كيس من رقائق البطاطس حيث تم استعادة الموجات الصوتية بشكل كامل على الرغم من أن وجود النوافذ العازلة للصوت على بعد 4.5 متر من الكيس لكن عملية تسجيل الموجات الصوتية تمت بنجاح.

للحصول على نتائج أفضل، تتطلب الخوارزمية أن يكون إطارات الفيديو في الثانية أعلى من تواتر الإشارة الصوتية، هذا يعني أن تكون الكاميرا المسجلة للفيديو عالية السرعة، لكن إن تم الأمر بواسطة كاميرا رقمية عادية يمكن أن نحصل على عدد المتحدثين في الغرفة وجنسهم وأحياناً هوياتهم.

التكنولوجيا الجديدة ستستخدم في الطب الشرعي بشكل أساسي على ما يبدو، وفي وكالات تنفيذ القانون وبالتأكيد في الحروب التجسسية على البلدان الأخرى فلن تستطيع الولايات المتحدة الأميركية أن تكبح جماح نفسها من استخدام تقنية مثل هذه في التجسس.

توصل باحثون إلى جهاز يمكنه إخفاء الكائنات من الصوت، يبدو الجهاز على شكل هرم مؤلف من طبقات مليئة بالثغور على ما يبدو، لكن هذا الشكل يغير مسار الموجات الصوتية لتناسب أنها تنعكس عن سطح مستو، حيث تستطيع إخفاء الاشياء مهما كانت الزاوية التي ستطلق منها الموجات الصوتية قريبة أو بعيدة عن هذا الهرم.

هذا الهرم لا يستطيع منع التنصت على المحادثات من الخارج لكنه يستطيع التقليل من هذا التنصت على الأقل، أو بالإمكان حجب الأصوات الخارجية في قاعات الحفلات الموسيقية على سبيل المثال إن تم تكبير الهرم بالشكل الصحيح، وهذا ما يسعى إليه الجيش الأميركي على ما يبدو، حيث منذ أن قام الخبراء بأبحاثهم والجيش الأميركي يسعى لأن يكون هذا الشيء بشكل أكبر من هذا الهرم الصغير، فمن المحتمل أن الجيش يسعى لهذه التقنية ليبقى بعض الأشياء خفية على أنظمة الكشف القائمة على الأصوات، وبما أن الصوت ينتقل في الماء بطريقة مشابهة لطريقة انتقاله في الهواء فمن الممكن أن يعمل الجهاز بنفس الطريقة فيمكن على سبيل المثال إطلاق غواصة غير مرئية لا يمكن اكتشافها، وعلى ما أعتقد أن الجيش الأميركي لا يمكنه تفويت مثل هذا الاختراع الذي سيكون بمثابة اختراع القنبلة النووية في ذاك الوقت.

لسنوات ماضية ولسنوات ستأتي، حاول وسيحاول العلماء تطبيق التكنولوجيا من أفلام ستار تريك في الحياة الواقعية، بدايةً من Tractor Beams وتقنيات أخرى.

تركز معظم الأبحاث على الحزم البصرية الضوئية التي تستخدم الحرارة لنقل الأشياء وتحريكها، وهذا التركيز على الحزم البصرية قيّد الأبحاث بنقل الأشياء التي يبلغ عرضها مليمترات فقط.

لكن الفكرة الجديدة ألا وهي الجرار بالموجات الصوتية أثبتت أنها يمكن أن تحرك الأشياء التي يبلغ عرضها من 1سنتيمتر وأكثر أحياناً، قد تبدو هذا التغيير صغير جداً لكن التقنية الجديدة تتمتع بقوة تزيد عن التقنية القديمة بما يقارب البليون مرة.

تقوم التقنية الجديدة على تركيز شعاعين من الموجات الصوتية على الهدف المراد تحريكه أو نقله، من ثم سيتحرك الشيء إلى مصدر الصوت، على الرغم من أن العلماء لم يتوصلوا على أفضل نوع من الموجات من أجل هذه التقنية، حيث ما تزال الأمواج هي تطبيق بسيط جداً للتقنية وليس الهدف منها هو جعلها صالحة للاستخدام المثالي.

في المستقبل القريب يمكن استخدام هذه التقنية في الطب بشكل كبير وموسع وستكون من أبرز التقنيات المستخدمة في الطب في المستقبل القريب، للأسف فإن محبي ستار تريك لن يستطيعوا إنقاذ أي سفينة عندما تكون في محنة لأن الصوت لا ينتقل في الفراغ في الفضاء!

في المستقبل القريب عليك أن تتوقع الكثير من العلماء، لا تستغرب أي شيء قد تسمعه على الشبكة العنكبوتية من اختراعات تعتمد على الصوت، لأنه على ما يبدو كلها قريبة من الحقيقة!!

ما رأيك بالاختراعات الصوتية الجديدة؟ وهل تعتقد أن مستقبل علم الصوت سيصل إلى أبعد من هذا قريباً؟؟