Mieć słuch jak ryba

Mieć słuch jak ryba

Czujnik inspirowany sposobem, w jaki ryby „słyszą” dźwięki pod wodą, może pomóc marynarce amerykańskiej w skonstruowaniu tablic do wykrywania wrogich okrętów podwodnych.

Nowy system mógłby wykrywać ciche podwodne cele i równocześnie precyzyjnie określać ich położenie.

Wykorzystując włókna optyczne, naukowcy z Georgia Institute of Technology znaleźli sposób na skonstruowanie czujnika, który pozwala na określenie kierunku, z którego dochodzi dźwięk również pod wodą. Właśnie ten element możliwości określenia kierunku jest szczególnie ważnym wynalazkiem, jak przyznają autorzy.

„Wykrycie cichych dźwięków pod wodą może być bardzo trudne,” – powiedział Francois Guillot z Georgia Tech’s School of Mechanical Engineering. „Ale nasz czujnik pozwala na wykrycie nawet cichego dźwięku wśród szumu oceanu, a co więcej pozwala określić kierunek, z jakiego ów dźwięk dobiega.”

Czujnik wykorzystuje mechanizm wzorowany na tym jak pod wodą „słyszą” ryby. Wewnątrz rybiego ucha znajdują się tysiące mikroskopijnych włosków, które poruszane są przez fale dźwiękowe, które przechodzą przez rybę. Te włoski komunikują się z nerwami umożliwiając rybie „słyszenie” pod wodą. Naukowcy z Georgia Tech, jak sami przyznają, wybrali na wzór właśnie ryby, gdyż ich doskonały „słuch” pozwala im uniknąć niebezpieczeństw.

Obecnie okręty, by móc „słyszeć” podwodne dźwięki, ciągną za sobą długie liny hydrofonów. Hydrofon mierzy zmiany ciśnienia powiązane z propagacją fal dźwiękowych. Pozwalają one na konwersję energii akustycznej w elektryczną i są wykorzystywane jako pasywny system nasłuchu podwodnego.
Pojedynczy hydrofon identyfikuje tylko dźwięki w swoim bezpośrednim sąsiedztwie. Większa liczba hydrofonów umożliwia określenie kierunku, z którego dźwięk dochodzi, jednakże pomiar taki jest obarczony ryzykiem dużego błędu.

Naukowcy opracowali mniejszy i bardziej czuły detektor dźwięku, który dostarcza precyzyjnych informacji o kierunku rozchodzenia się fal dźwiękowych. Czujnik składa się z dwóch małych talerzy połączonych zawiasami. Jeden z talerzy jest zamocowany sztywno, a drugi, zbudowany z kompozytowych materiałów o gęstości równej gęstości wody, porusza się swobodnie. Swobodny talerz unosi się na fali dźwiękowej i podąża za ruchem wody. Ruch tego swobodnego talerza modyfikuje sygnał świetlny wysyłany przez włókna optyczne przymocowane do obu talerzy. Analiza tego sygnału świetlnego za pomocą fotodetektora dostarcza informacji o falach dźwiękowych.

„Gdyby marynarka ciągnęła za sobą hydrofony o łącznej długości setek metrów, uniemożliwiałoby to manewrowanie statkiem,” – powiedział Roger. „Jako, że możemy zmniejszyć tę długość ponad pięciokrotnie, pozwoli to zmniejszyć koszty i ułatwi posługiwanie się całym systemem.”

(lk)