Пуля из волн: УЗИ нового поколения
Новинка сможет помочь с поиском повреждений в непрозрачных объектах вроде мостов, корпусов кораблей, крыльев самолетов, можно ее использовать и для разработки неинвазивных скальпелей, неизвестно только, появятся ли когда-нибудь звуковые отвертки.
Кьярра Дарайо, доцент кафедры аэронавтики и прикладной физики из Калтеха и постдокторант Алессандро Спадони сконструировали акустическую линзу, собрав 21 параллельную цепь из сфер из нержавеющей стали. Каждая цепочка была собрана из шариков диаметром 9,5 миллиметров, но отдельные фрагменты могут быть изготовлены из других упругих материалов и/или отлиты в другой форме.
При разработке акустической линзы ученые черпали вдохновение от «колыбели Ньютона», состоящей из линии одинаковых шаров, подвешенных на рамке при помощи нитей. Когда один из шаров приподнимают и отпускают, он ударяет своего соседа, и шар, находящийся на противоположном конце цепочки, подпрыгивает.
Цепи частиц в акустической линзе, разработанной Дарайо и Спадони, напоминают удлиненную версию колыбели Ньютона. В линзе пульсация возникает на одном конце цепи под воздействием бойка, и нелинейные волны генерируются во всех цепях.
В отличие от капиллярных волн, возникающих, если бросить камень в пруд, единичные волны могут существовать в изоляции, без предшествующих и последующих волн.
«Единичные волны всегда поддерживают одну и ту же длину волны в пределах данной системы, — говорит Дарайо. — Они могут достигать очень большой амплитуды и не вызывать искажений в линзе, как это происходит при использовании имеющихся на сегодняшний день технологий».
Цепи плотно соединяются при помощи лески. Меняя степень сжатия, Дарайо и Спадони меняли скорость единичной волны. Когда несколько таких вол достигали выхода, они накапливались в определенном месте — точке фокуса — в материале мишени, который может быть газом (как воздух), жидкостью или твердым телом. Это наложение единичных волн в фокусной точке формирует звуковую пулю — весьма компактную акустическую волну большой амплитуды. Меняя параметры системы можно открыть «беглый огонь» звуковыми пулями, направленными в одну точку.
В текущей версии системы сферы расположены в двух измерениях, и каждая линия не зависит от соседних. «Трехмерную конструкцию создать ничуть не сложнее, она позволит управлять поведением и направлением движения звуковых пуль в трехмерном пространстве», — говорит Спадони.
«Наша линза предоставляет возможность генерировать компактные высокоамплитудные сигналы в линейной среде и, кроме того, позволяет динамично управлять местоположением фокусной точки, — добавляет Дарайо. — Это означает, что теперь необязательно менять геометрию компонентов линзы для того, чтобы изменить положение фокусной точки».
Ученые утверждают, что это небольшое изменение даст возможность адаптировать звуковые пули под множество нужд.
Сейчас операторы ультразвуковых установок должны менять щупы в зависимости от положения исследуемого объекта внутри тела, в то время как акустические линзы не потребуют замены компонентов, а только небольшого изменения в степени сжатия цепочек.
Новый инструмент также обладает потенциалом, который позволит увеличить ясность и безопасность обычного медицинского УЗИ. Импульсы, вырабатываемые акустической линзой «уменьшают негативные эффекты шума, создавая более четкое изображение». Кроме того, эти импульсы могут глубже проникать в тело, чем те, что вырабатываются обычными аппаратами УЗИ.
Устройство может даже привести к появлению неинвазивного скальпеля, который может входить внутрь и разрушать раковые опухоли, находящиеся глубоко в теле.
Звуковые пули также являются недеструктивным способом получения информации о внутреннем состоянии непрозрачных объектов, например, мостов, корпусов кораблей и самолетных крыльев.
Акустическая линза, созданная Дарайо и Спадони, была предназначена для того, чтобы доказать работоспособность концепта, от коммерческого использования ее отделяют, возможно, долгие годы.
Источник gizmag.com