Εφαρμογές υπερήχων

Οι υπέρηχοι είναι ηχητικά κύματα με συχνότητες υψηλότερες από το υψηλότερο ακουστικό όριο του ανθρώπινου αυτιού. Με απλά λόγια, ένας υπέρηχος είναι ένας ήχος με συχνότητα μεγαλύτερη από (20kHz) ή (20.000Hz), δηλαδή πάνω από τη μέγιστη ακουστική συχνότητα. Αν και μπορούν να δημιουργηθούν συχνότητες υπερήχων τόσο υψηλές όσο μερικά gigahertz, δεν είμαστε σε θέση να τις ανιχνεύσουμε. Ο υπέρηχος έχει πολλά κοινά με τον ακουστικό ήχο όσον αφορά τις φυσικές ιδιότητες.

Για να βρουν τη λεία τους, ζώα όπως οι νυχτερίδες χρησιμοποιούν μηχανισμούς ηχοεντοπισμού που βασίζονται σε υπερήχους. Οι υπέρηχοι έως (60 – 65 kHz) μπορούν να ανιχνευθούν από ζώα όπως σκύλοι και γάτες. Οι σφυρίχτρες σκύλων που χρησιμοποιούνται από τους εκπαιδευτές σκύλων παράγουν υπερήχους με συχνότητα (23 – 45 kHz).

Ο υπέρηχος έχει φυσικές ιδιότητες παρόμοιες με αυτές του συνηθισμένου ήχου. Οι νυχτερίδες χρησιμοποιούν μια ποικιλία στρατηγικών εύρους υπερήχων (echolocation) για να αναγνωρίσουν το θήραμά τους και μπορούν να ανιχνεύσουν συχνότητες έως και (200 kHz). Οι οδοντωτές φάλαινες, όπως τα δελφίνια, παράγουν υπερήχους που χρησιμοποιούν για να διασχίσουν τη θάλασσα και να πιάσουν θήραμα. Οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων στην ιατρική, την επικοινωνία, την πλοήγηση, τις δοκιμές, τον καθαρισμό, την ανίχνευση, την εμβέλεια και τη μίξη.

Εφαρμογές Υπερήχων

1. Ανίχνευση ρωγμών:Οι ρωγμές σε μεγάλα μεταλλικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μεγάλων κατασκευών, όπως γέφυρες και κτίρια, ανιχνεύονται με χρήση υπερήχων. Ένας εξειδικευμένος ειδικός ερμηνεύει τα υπερηχητικά κύματα που εκπέμπουν και δείχνουν, χρησιμοποιώντας αναλυτικό λογισμικό για να ανακαλύψει και να ταξινομήσει ελαττώματα στα τμήματα αυτών των κτιρίων.
2. Ηχοκαρδιογραφία:Η ηχοκαρδιογραφία είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιούν οι ειδικοί για να εξετάσουν την υγεία της καρδιάς ενός ασθενούς. Χρησιμοποιώντας τις τεχνικές ανάκλασης και ανίχνευσης υπερήχων από διάφορες περιοχές, χρησιμοποιούνται υπερηχητικά κύματα για τη λήψη εικόνας της καρδιάς.
3. Καθαρισμός:Οι σπειροειδείς σωλήνες και μια ποικιλία ηλεκτρονικών εξαρτημάτων σε μεγάλα μηχανήματα είναι δύσκολο να καθαριστούν. Σε αυτές τις συσκευές χρησιμοποιούνται κύματα υπερήχων για τον καθαρισμό τους. Το προς καθαρισμό αντικείμενο βυθίζεται σε διάλυμα κατάλληλου καθαριστικού υλικού, το οποίο στη συνέχεια διέρχεται από υπερηχητικά κύματα. Η βρωμιά και το λάδι αποκολλώνται από την επιφάνεια ως αποτέλεσμα της δημιουργίας αυτών των δονήσεων υψηλής συχνότητας.
4. USID:Η αναγνώριση υπερήχων, ή USID, είναι ένα σύστημα εντοπισμού θέσης σε πραγματικό χρόνο (RTLS). Είναι ένα σύστημα εντοπισμού θέσης εσωτερικού χώρου (IPS) που παρακολουθεί και προσδιορίζει αυτόματα τη θέση των αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο. Οι φτηνοί κόμβοι (σήματα/ετικέτες) τοποθετούνται ή εμφυτεύονται σε αντικείμενα και συσκευές που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία. Αυτά τα gadget εκπέμπουν ένα σήμα υπερήχων που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία της θέσης τους στους αισθητήρες μικροφώνου.
5. Λιθοτριψία:Τα άτομα με πέτρες στα νεφρά έπρεπε να υποστούν μεγάλες επεμβάσεις για την αφαίρεσή τους, αλλά τώρα, χάρη στα υπερηχητικά κύματα, οι πέτρες στα νεφρά μπορούν να διασπαστούν χωρίς αποφυγή και χωρίς καμία περιττή χειρουργική επέμβαση. Ως αποτέλεσμα, τα κύματα υψηλής ενέργειας ταξιδεύουν μέσα στο σώμα χωρίς να προκαλούν σοβαρό τραυματισμό, θρυμματίζοντας τις πέτρες σε σκόνη ή μικρότερα θραύσματα. Αυτά τα θραύσματα μπορούν στη συνέχεια να περάσουν από το ουροποιητικό σύστημα και να αποβληθούν από το σώμα.
6. Έλεγχος παρασίτων:Πολλά ζώα μπορούν να ανιχνεύσουν ήχους στο εύρος συχνοτήτων υπερήχων που μπορούν να ακούσουν οι άνθρωποι. Στην πραγματικότητα, κατσαρίδες και τρωκτικά έχουν βρεθεί ότι είναι ευαίσθητα στις συχνότητες στην περιοχή των 40 kHz. Αυτός είναι ο λόγος που δημιουργήθηκαν «ελεγκτές παρασίτων» για να απωθούν τα παράσιτα εκπέμποντας δυνατούς ήχους σε αυτό το εύρος συχνοτήτων. Αν και τα ευρήματα δεν ήταν ενθαρρυντικά, σημειώνεται πρόοδος.
7. Υπερηχογράφημα:Τα υπερηχογραφήματα είναι το όνομα για τις υπερηχητικές εικόνες. Τα ιατρικά υπερηχογραφήματα είναι διαγνωστικές απεικονιστικές διαδικασίες που βασίζονται σε απεικόνιση υπερήχων που χρησιμοποιούνται συνήθως στα νοσοκομεία. Βοηθά στην ανίχνευση της προβληματικής περιοχής παρέχοντας μια εικόνα των εσωτερικών δομών του σώματος όπως οι μύες, οι αρθρώσεις και τα εσωτερικά όργανα. Επιτυγχάνεται με τη χρήση ανιχνευτή για την παροχή υπερηχητικών παλμών στον ιστό. Κάθε ήχος που χτυπά έναν ιστό αντανακλά και οι ήχοι που αντανακλούν διαφορετικούς ιστούς αντανακλώνται σε διαφορετικές γωνίες, επιτρέποντάς μας να διακρίνουμε μεταξύ τους. Αυτές οι ηχώδες ήχου που δημιουργούνται από ιστούς καταγράφονται και εμφανίζονται σε οπτικές εικόνες για να τις εξετάσει ο επαγγελματίας.
8. Sound Navigation and Ranging:Το SONAR δημιουργήθηκε για να βοηθήσει στην πλοήγηση, τον εντοπισμό και την επικοινωνία κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Οι παλμοί ήχου ή υπερήχων αποστέλλονται και ο χρόνος που απαιτείται για να αντανακλούν οι παλμοί από ένα μακρινό αντικείμενο και να επιστρέψουν στην πηγή μετράται σε αυτήν την τεχνική. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας το SONAR, μπορεί να προσδιοριστεί η συγκεκριμένη θέση αυτού του αντικειμένου και να εντοπιστεί με επιτυχία η κίνησή του. Βοηθά στον εντοπισμό και τον εντοπισμό χαμένων πλοίων ή ναυαγίων αεροσκαφών, υποβρυχίων που βυθίζονται και υποβρύχιων εκρηκτικών ναρκών.
9. Echolocation:Η ηχοεντοπισμός είναι η μέθοδος προσδιορισμού πραγμάτων στο διάστημα χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα και ηχώ. Οι νυχτερίδες χρησιμοποιούν ηχοεντοπισμό για να μετακινηθούν στο περιβάλλον τους και να βρουν τροφή στο σκοτάδι. Από το στόμα και τη μύτη τους, οι νυχτερίδες δημιουργούν ηχητικά κύματα στην περιοχή συχνοτήτων υπερήχων. Αυτά τα ηχητικά κύματα συγκρούονται με τα πράγματα στο περιβάλλον τους και αντηχούν, με αποτέλεσμα ηχώ. Αυτές οι ηχώ ανιχνεύονται στη συνέχεια από τις νυχτερίδες, κάτι που τις βοηθά στον προσδιορισμό του μεγέθους, του σχήματος και της απόστασης του αντικειμένου. Ο υπερηχητικός ηχοεντοπισμός χρησιμοποιείται πλέον συχνά σε εφαρμογές διαχείρισης της κυκλοφορίας καθώς και στην ταξινόμηση και καταμέτρηση αντικειμένων σε μια γραμμή παραγωγής.
10. Θεραπεία:Ο υπέρηχος έχει ένα ευρύ φάσμα θεραπευτικών χρήσεων που, όταν χρησιμοποιείται σωστά, μπορεί να είναι αρκετά ευεργετικό. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται για τη διάσπαση σκληρών αποθέσεων ή ιστών λόγω της ισχυρής του δύναμης. Αυτό βοηθά στη μέτρηση των ελαστικών χαρακτηριστικών του ιστού και βοηθά στην επίσπευση της δράσης των φαρμάκων στην επιθυμητή περιοχή. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται συχνά στην έρευνα για την ταξινόμηση κυττάρων ή μικροσκοπικών σωματιδίων.

Περιορισμοί υπερήχων

• Το αυξημένο βάθος απαιτεί χαμηλότερη συχνότητα για αποτελεσματική απεικόνιση. Ως αποτέλεσμα, η ανάλυση μειώνεται. Με την πρόοδο της τεχνολογίας στις Ηνωμένες Πολιτείες, ορισμένα από αυτά τα μηχανήματα χρησιμοποιούν τώρα την επανερχόμενη αρμονική δεύτερου βαθμού της αρχικής συχνότητας για να παράγουν καλύτερη εικόνα.
• Η ανισοτροπία απλώς υποδεικνύει ότι μια δομή αντανακλά καλά το υπερηχογράφημα. Τα νεύρα, οι τένοντες και οι βελόνες είναι όλα παραδείγματα αυτού. Για να «αναπηδήσει» η δέσμη υπερήχων πίσω στον καθετήρα και να σχηματίσει μια εικόνα, πρέπει να είναι κάθετη στη δομή ή κοντά σε αυτήν. Οι κατασκευαστές έχουν τώρα μια ειδική πρωτοβουλία για τη βελτίωση της εικόνας των βελόνων.
• Τα κύματα από τον υπέρηχο μπλοκάρονται από το Bone. Ως αποτέλεσμα, καθώς οι άνθρωποι μεγαλώνουν, η απεικόνιση της σπονδυλικής στήλης γίνεται πιο δύσκολη.
• Τα τεχνουργήματα είναι σύνηθες φαινόμενο. Είναι πιθανότατα ένα τεχνούργημα εάν μια δομή μπορεί να παρατηρηθεί μόνο σε ένα επίπεδο. Με την τεχνολογία πολλαπλών δοκών, οι κατασκευαστές προσπάθησαν να κάνουν τη ζωή ευκολότερη. Ο υπέρηχος φιλτράρει πολλά τεχνουργήματα μετατοπίζοντας περιοδικά τη γωνία της δέσμης υπερήχων.
• Εκπαίδευση:Απαιτούνται βελτιωμένη ανατομική κατανόηση και αυστηρό εκπαιδευτικό πρόγραμμα για τις διαδικασίες υπερήχων.

Συμπέρασμα

Οι υπέρηχοι είναι ηχητικά κύματα με συχνότητες υψηλότερες από το υψηλότερο ακουστικό όριο του ανθρώπινου αυτιού. Με απλά λόγια, ένας υπέρηχος είναι ένας ήχος με συχνότητα μεγαλύτερη από (20 kHz) ή (20.000 Hz), δηλαδή υψηλότερη από την υψηλότερη ακουστική συχνότητα. Οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων στην ιατρική, την επικοινωνία, την πλοήγηση, τις δοκιμές, τον καθαρισμό, την ανίχνευση, την εμβέλεια και τη μίξη.