انقلاب در صنعت صوت از طریق دستگاه ساخت محققان دانشگاه شریف

به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران» به نقل از فارس؛ جمعی از فارغ التحصیلان دانشگاه صنعتی شریف با فناوری اولتراسونیک دستگاهی ساخته‌اند که صدا را در یک باریکه جهت‌دار می‌فرستد. مانند لیزر، ولی برای صوت. یعنی دستگاه به سمت هر کسی که باشد فقط اوست که صدا را به خوبی می‌شنود و این برای او یک تجربه عجیب و جذاب است.

این دستگاه می تواند انقلابی در صنعت صوت باشد. «صدا، همان جایی که باید باشد، برای کسی که باید بشنود.»

آریا معتمدی نژاد یکی از اعضای تیم دیداب در این خصوص این اختراع می گوید: این دستگاه به لحاظ «فناوری پیشرو» و خاص بودن برای تبلیغات خلاقانه در محیط های نمایشگاهی و فروشگاهی و به لحاظ «ایجاد فضای هدفمند صوتی» در اماکنی مثل بیمارستان ها، کافه ها، موزه ها و گالری ها کاربرد دارد و البته کاربردهای شخصی هم برای این اختراع می‌توان در نظر گرفت.

وی یادآور شد؛ تا به اینجا نمونه‌های موفقی از این دستگاه تولید کرده ایم و در مسیر توسعه تکنولوژی قرار داریم.

این دانش آموخته دانشگاه شریف، در خصوص مکانیزم این دستگاه می گوید: ایده داشتن صدای جهت دار و هدفمند ایده ای جالب است، اما در این میان مشکلات اساسی فنی وجود دارد که تحقق آن را تا به امروز به تاخیر انداخته است.

اصلی ترین مشکل پدیده پراش موج است؛ که اگر بخواهیم باریکه ای به قطر d از موجی با طول موج λ داشته باشیم، نسبت /dλ شدت پراش را تعیین میکند. اگر این نسبت عدد بزرگی باشد، شدت پراش بالا بوده و امکان ایجاد باریکه وجود ندارد. به عبارت دیگر، با توجه به طول موج بلند صوت، امکان این که موج صوتی در باریکه ای با قطر چند ده سانتیمتر قرار بگیرد از نظر تئوری وجود ندارد. همانطور که از شکل این رابطه مشخص است، برای جهت دار کردن باریکه دو راه داریم؛ یا آن که قطر باریکه ی صوتی را به چند ده متر افزایش دهیم (که عملا غیر کاربردی خواهد شد) یا آن که فرکانس موج را افزایش دهیم تا طول موج آن کاهش بیاید.

فرکانس موج مورد نیاز بیش از چند ده کیلوهرتز است؛ بله. این یعنی فراصوت. شنیده نمی شود، اما به علت رفتارهای غیرخطی انتشار موج اولتراسونیک در هوا (ناشی از اثرات غیرخطی ترمودینامیکی) عبور آن در محیط ایجاد اختلال می کند. مثل موج دریا وقتی که می شکند و موج های نامنظم دیگر پشت آن باقی می ماند. ما این اثرات را مدل کرده ایم و با محاسبات معکوس، می فهمیم که چه موجی انتشار دهیم که آشوب پشت موج بشود همان صوتی که به دنبال انتشار و شنیدن آنیم. در واقع منبع انتشار صوت دستگاه ما نیست؛ بلکه نقطه نقطه ی هوایی است که موج فراصوت در آن منتشر می شود.

پس روی کاغذ این کار شدنی است، اما در اجرا تنگناهای عجیبی وجود دارد. پردازشگر دستگاه بایستی با فرکانس 96 کیلوهرتز (یعنی 96 هزار بار در ثانیه) سیگنال ورودی را بخواند، بلافاصله محاسبات مفصلی انجام دهد و خروجی را برای فرستنده آماده کند. این فرایند با توجه به حجم و سرعت محاسبات در پروسسور های متداول بسیار دشوار است. ما برای تولید این دستگاه از پروسسور های FPGA استفاده کردیم. یعنی برنامه نویسی سخت افزار؛ ابزاری بسیار قدرتمند و پر توان. دشواری این روند برای اهالی فن آشناست. فرایند تحقیق و توسعه ی ما برای بهبود این محصول ادامه دارد.

وی افزود: برای ایده ی این کار از یک تز دکترا در دانشگاه MIT الهام گرفتیم و مسیر توسعه فنی را پیش بردیم تا به محصول برسیم. چندین مرحله نمونه های ناموفق تولید کردیم و شکست خوردیم. با رسیدن به اولین نمونه ی تونل صدا، علیرغم کیفیت پایین صوتی و شدت کم، تیم فنی را گسترش دادیم و به شکل موازی کار تجاری سازی را آغاز کردیم. رفته رفته کار از نظر فنی پیشرفت کرد و امروز به یک محصول فوق العاده و قابل ارائه رسیده ایم، اختراعات مربوطه را در ایران به ثبت رسانده ایم و در عین حال یک طرح تجاری پخته برای جذب سرمایه داریم.

این پژوهشگر شریفی خاطرنشان کرد؛ در این راه سرمایه گذارها و شرکای تجاری می توانند به ما بپیوندند و اکنون در مرحله ی جذب سرمایه برای تجاری سازی هستیم. دوره بازگشت سرمایه را زیر دو سال تخمین زده ایم. در فاز بعدی با توسعه تکنولوژی و کاهش هزینه، این محصول را به شکل قابل ارائه برای همگان در خواهیم آورد و امیدواریم در خانه ها، محل کار و در زندگی روزمره ی افراد علاقمند به تکنولوژی دیده شود.

دورهم آمدن اعضای این استارت آپ از انجام پروژه‌های علمی در آزمایشگاه آکوستیک و فیزیک پزشکی امجدی عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک شروع شده است. رضا منتظری نمین دانش آموخته ی مقطع کارشناسی در رشته ی مهندسی مکانیک، نیما جعفری فارغ التحصیل مقطع کارشناسی در رشته فیزیک و آریا معتمدی نژاد فارغ التحصیل رشته فیزیک در مقطع کارشناسی و مهندسی انرژی در مقطع کارشناسی ارشد از دانشگاه صنعتی شریف اعضای تیم دیداب هستند که موفق به ساخت این دستگاه شده‌اند.