Исследователи из ETH Zurich разработали новый тип устройства акустической визуализации, которое вместо создания фотореалистичного изображения всего объекта показывает только его контуры и края. «Этот тип метода измерения обеспечивает результаты, аналогичные результатам фильтра обнаружения краев в программном обеспечении для обработки изображений, которое позволяет определять очертания заметных фотообъектов одним щелчком мыши», — объясняет Кьяра Дарайо, профессор механики и материалов. Однако ее метод не основан на программном обеспечении. Вместо этого он извлекает контурную информацию на этапе акустических измерений.Чтобы понять, как работает этот акустический кромочный детектор, важно знать, что звуковые волны отражаются от кромок замечательным образом: в акустике вблизи кромок преобладают так называемые затухающие волны.
Эти волны имеют гораздо более короткую длину волны, чем падающие звуковые волны, которые их создают. Поскольку затухающие волны очень быстро затухают по мере распространения, их можно измерить только в непосредственной близости от края. Методы восстановления информации, содержащейся в этих волнах, были разработаны в прошлом; однако исследователи ETH разработали новый метод, который усиливает исчезающие волны и отличает их от более крупных звуковых волн, которые отражаются «нормальным» образом.
Резонансная структура на 3D-принтереЦентральное место в этом новом методе занимает новая полимерная структура, разработанная и изготовленная на 3D-принтере Мигелем Молероном, постдоком в группе Дарайо. Конструкция представляет собой трубу квадратного сечения, внутренняя часть которой разделена на пять смежных резонансных камер, соединенных небольшими окнами. «Резонанс, достигаемый этой структурой, усиливает затухающие волны, а последовательные камеры отфильтровывают более длинные волны», — объясняет Молерон.
Во главе конструкции четыре микрофона измеряют передаваемый звук.Чтобы создать контурное изображение, ученые отразили звук с определенной частотой от объекта через громкоговоритель.
Они прикрепили полимерную структуру с микрофонами к роботу очень близко к поверхности объекта, что позволило им систематически сканировать всю поверхность и генерировать контурное изображение из измеренных звуковых данных.Быстрое определение наиболее важных аспектовПо словам ученых, новый метод измерения наиболее полезен, когда целью является как можно быстрее записать релевантную информацию об объекте, а не получить идеальное изображение. «Мы создали метод акустической визуализации, с помощью которого не записывается всякая ненужная информация», — говорит профессор ETH Дарайо. «Контуров и краев достаточно, чтобы классифицировать объекты по их форме и размеру, например, или для выявления трещин или дефектов на поверхности материалов», — добавляет постдок Молерон.
Работа, проведенная исследователями ETH, в настоящее время является лишь подтверждением концепции. Этот метод все еще требует доработки, прежде чем его можно будет применять на практике. В своем исследовании ученые использовали звук на слышимой частоте. Однако было бы также интересно адаптировать метод для ультразвука с более короткими длинами волн. «Поскольку размер полимерной структуры необходимо отрегулировать в соответствии с рабочей длиной волны, нам необходимо миниатюризировать структуру.
Теперь мы хотим выяснить, как далеко мы можем зайти с ней», — говорит Молерон. Он стремится улучшить метод акустической визуализации для потенциального использования в биологических исследованиях или медицине.