Agham ng Materyales
Tahimik na Ipinanganak Mula sa Seda: Bagong Horizon na Nagbubukas sa Pakikipaglaban sa Panganib ng Ingay
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Tahimik ay mahalaga. Ayon sa American Institute of Stress, hanggang 77 porsyento ng mga tao sa Estados Unidos ay nagpapakita ng ilang pisikal na palatandaan ng stress kapag namumuhay sa kanilang pang-araw-araw na buhay, at ang isang panahon ng katahimikan araw-araw ay makakatulong sa kanila na mag-relax at bawasan ang antas ng stress.
Ang katahimikan ay tumutulong magpababa ng presyon ng dugo, magpahusay ng konsentrasyon at pokus, magpabuti ng insomnia, magtaguyod ng pagiging maaalalahanin, at iba pa.
Ngunit madali bang makamit ang katahimikan sa buhay-urban na ating ginagalawan ngayon? Kunin natin ang Mumbai, ang komersyal na kabisera ng India, bilang halimbawa. Nasaksihan nito na ang antas ng ingay ay umabot sa halos 124 decibel. Ang ganitong mataas na antas ng tunog ay maaaring ilagay sa pagitan ng paggamit ng chainsaw (120 dB) at paglipad ng mga militar na eroplano.
Sa NYC, ang New York City Department of Buildings ay nakatanggap ng hanggang 3,700 reklamo tungkol sa ingay sa isang taon, kabilang ang mga tunog ng konstruksyon, pagsisikip ng trapiko (75dB hanggang 80dB), ingay ng subway na sumisigaw (80dB hanggang 100dB), at jackhammer (110dB).
Ang tanong ay, paano tayo makakahanap ng tahimik na lugar kapag ang ating hindi maiiwasang pang-araw-araw na mga gawain ay ganito kalakas ang ingay?
Ang mga mananaliksik ay nag-iisip ng mga solusyon nang matagal na. Isang interdisiplinaryong kolaborasyon ng mga mananaliksik mula sa MIT at iba pa ang nakabuo ng solusyon: isang tela na seda na sumasupil sa ingay.
Tela na Seda na Sumusupil sa Ingay para Lumikha ng Tahimik na Espasyo
Ang tela na ginamit sa seda ay halos hindi mas makapal kaysa sa buhok ng tao. Ang pag-aaplay ng boltahe ay nagpapakilos sa hibla na ginamit upang likhain ang telang ito. At ang mga pagyanig na ito ang tumutulong sumupil sa tunog.
Sa pangunahing at mas predictable na antas, ang mga alon ng tunog na nilikha ng nag-vibrate na tela ay nakikialam sa hindi kanais-nais na ingay at pinapawalang-bisa ito. Ang teknik na ito ay epektibo lamang kapag inilapat sa maliit na espasyo. Ang mga headphones na nagkakansela ng ingay, dahil gumagana lamang sa limitadong espasyo ng ating mga tainga, ay umuunlad sa prinsipyong ito ng pagkansela ng ingay.
Ngunit ang telang ito ay higit pa sa karaniwang pagkansela ng ingay sa pamamagitan ng pagsupil sa mga pagyanig na pangunahing bahagi ng transmisyon ng tunog. Maaari nitong supilin ang tunog sa mas malaking espasyo ng isang sala.
Sinubukan ng mga mananaliksik ang bisa ng parehong pamamaraan ng pagsupil ng ingay. Sa direktang mode ng pagsupil, ang telang seda ay maaaring magpababa ng volume ng tunog hanggang 65 Decibel. Sa ikalawang mode, kung saan ang pagkansela ng pagyanig ang susi, ang telang ito ay maaaring magpababa ng transmisyon ng tunog ng hanggang 75 porsyento.
Isa pang mahalagang aspeto ng imbensyon ay ang paggamit nito ng madaling makuhang mga materyales tulad ng seda, canvas, at muslin. May mataas itong aplikasyon sa totoong buhay, tulad ng paggawa ng mga dibider sa bukas na mga lugar ng trabaho at pag-aalok ng manipis na pader na tela upang pigilan ang pagpasok ng tunog.
Habang pinag-uusapan ang tagumpay na maaaring makamit ng seda na sumasupil sa ingay, si Yoel Fink, isang propesor sa mga departamento ng Materials Science and Engineering at Electrical Engineering and Computer Science, ay nagsabi ng sumusunod:
“Mas madaling lumikha ng ingay kaysa katahimikan. Upang mapigilan ang ingay, naglalaan kami ng maraming espasyo para sa makakapal na pader. Ang trabaho ni [First author] Grace ay nagbibigay ng bagong mekanismo para lumikha ng tahimik na espasyo gamit ang manipis na piraso ng tela.”
Gayunpaman, hindi ito unang pagkakataon na ang grupong mananaliksik na kasangkot sa pagsubok na ito ay gumamit ng bagong paraan upang supilin ang tunog. Sinubukan ng grupo na lumikha ng mga mikropono na tela sa pamamagitan ng pagtahi ng isang sinulid ng piezoelectric fiber sa tela. Ang mga piezoelectric na materyales na ito ay nagproproduce ng electric signal kapag piniga o binend. Nag-convert din sila ng pagyanig ng tunog sa mga signal. Bagaman maaaring mapatunayan ang halaga ng pamamaraan, hindi ito gumana lampas sa limitadong espasyo.
Sa kasalukuyang pananaliksik sa silk fiber na sumasupil sa ingay, nais ng mga mananaliksik na tingnan kung paano maaaring harangan ng kanilang solusyon ang tunog ng maraming frequency sa hinaharap.
Ayon kay Grace Yang:
“Maraming mga kontrol na maaari naming baguhin upang maging epektibo ang telang sumasupil sa ingay. Gusto naming mapaisip ang mga tao sa pagkontrol ng mga pagyanig ng estruktura upang supilin ang tunog. Ito ay simula pa lamang.”
Ang pagnanais na alisin ang hindi kanais-nais na ingay ay isang sintomas ng ating panahon. Ang mga mananaliksik ay na-inspire na bumuo ng mga solusyon sa larangang ito. Ilang taon na ang nakalipas, sinubukan ng mga mananaliksik na gamitin ang acoustic metamaterials upang harangan ang tunog.
Pagkamit ng Katahimikan sa Pamamagitan ng Acoustic Metamaterials
Sa pangunahing terminong siyentipiko, ang ang metamaterial ay “mga artipisyal na estrukturadong materyales na kumokontrol at humuhubog sa daloy ng electromagnetic waves o posibleng anumang ibang uri ng pisikal na alon.”
Si Xin Zhang, isang propesor ng mechanical engineering sa Boston University, ay nag-develop ng solusyong sumasupil sa katahimikan, na ginawa gamit ang acoustic metamaterials, upang harangan ang ingay habang pinapanatili ang daloy ng hangin.
Binuo ni Zhang ang isang koponan kasama ang PhD student na si Reza Ghaffarivarda at gumamit ng metamaterials, mga kalkulasyong matematika, at isang bukas, singsing na disenyo ng estruktura upang lumikha ng bukas na silencer na maaaring mapanatili ang epektibong bentilasyon habang binabawasan ang hindi kanais-nais na acoustic waves ng hanggang 94 porsyento.
Ang silencing device na dinisenyo ng dalawa ay maaaring tawagin o tingnan bilang isang “ultra-open acoustic metamaterial silencer” na may malaking central opening na may 60% airflow. Ang central port nito ay napalibutan ng anim na helical channels. Bilang resulta, ang port ay maaaring lumikha ng out-of-phase wave sa transmitter side. Ang acoustic waves na nabuo sa pagbangga sa central at helical channels ay nagkakansela sa isa’t isa, na nag-aalis ng transmisyon at lumilikha ng katahimikan.
Para sa praktikal na implementasyon, sinelyuhan ng mga mananaliksik ang isang loudspeaker sa isang dulo ng PVC pipe at ikinabit ang acoustic metamaterial silencer sa kabilang dulo. Ang tunog ay pinatugtog sa pamamagitan ng loudspeaker sa mataas na volume sa saradong dulo ng tubo at hindi narinig sa bukas na dulo hanggang sa naroroon ang silencer.
Habang ipinaliwanag ang kanyang mga plano sa solusyon, na nakatanggap na ng interes mula sa malalaking kumpanya sa maraming industriya, sinabi ni Zhang:
“Ang ultra-open metamaterial silencer ay nag-aalok ng potensyal na mabawasan ang ingay sa kapaligiran mula sa iba’t ibang pinagmulan. Nasasabik kaming tuklasin ang maraming bagong oportunidad kung saan ang aming disenyo ay makikinabang sa mga tao, sa ating kapaligiran, at sa mga kondisyon sa trabaho sa pamamagitan ng pagbawas ng ingay.”
Ngayon ay malinaw na ang mga solusyong ito, kahit gaano man sila kasimple sa kanilang epektibong disenyo, ay epektibo sa pagtupad ng kanilang layunin. Ito ay talagang halata na ang mga kumpanya sa larangan ng tunog at akustika ay magtatalakay sa ganitong mga solusyon. Sa ibaba, tatalakayin natin ang ilang kumpanya na nag-invest ng pananaliksik at mga mapagkukunan upang makahanap ng mga bagong paraan ng pagsupil ng ingay.
#1. Silentium
Kilala ang Silentium sa natatanging Active Noise Control (ANC) technology nito. Nag-aalok ito ng full-spectrum disruptive sound management solution na gumagamit ng proprietary algorithms. Ang mga algorithm na ito ay maaaring mag-adapt sa mga pagbabago sa noise spectrum at makamit ang halos 10 dB (A) na pag-reduce ng ingay.
Katulad ng sound-suppressing silk, ang mga solusyon ng Silentium ay gumagana rin sa medyo mas malalaking espasyo, tulad ng loob ng sasakyan. Ang teknolohiyang ‘Quiet Bubble’ nito ay nagbabawas ng ingay sa pamamagitan ng pag-synthesize ng pisikal na katangian ng hindi kanais-nais na noise field sa isang nais na zone ng katahimikan. Ang pamamaraan ay binuo sa isang multichannel algorithm na kayang kontrolin ang sound field na nilikha ng hanay ng mga loudspeaker.
Ang Silentium Quiet Bubble solution ay maaaring magamit sa maingay na mga kagamitang pang-bahay, sa mga produktong automotive upang bawasan ang tunog na nagmumula sa hangin, gulong, makina, at HVAC, sa mga industriyal na setup upang lumikha ng tahimik na kapaligiran sa trabaho, at kahit sa mga paraan ng transportasyon tulad ng tren, paliparan, at istasyon.
Ang Quiet Bubble end-to-end solution ng Silentium ay isang kumpletong turnkey offering na may parehong software at hardware na elemento.
Ayon sa pinakabagong balita, nagkaroon ng extended Series D ang Silentium. Isinara ng kumpanya ang round na may kabuuang US$63 milyon. Ang Menora Mivtachim at Meitav Dash, parehong Israeli institutional investors, ang nanguna sa round.
Mayroon din ang kumpanya ng global electronics leader na Molex bilang isa sa mga investor nito. Habang nagbibigay ng ideya kung ano ang maaaring hitsura ng hinaharap para sa Silentium, si Yoel Naor, ang CEO ng kumpanya, ay nagsabi ng sumusunod:
“Malugod naming tinatanggap ang mga bagong kasosyo na nagbabahagi ng parehong passion para sa akustika at nakikita ang halaga ng pagpapabuti ng privacy at kaginhawahan sa pamamagitan ng personal na sound spaces. Sa bagong pamumuhunang ito, palalawakin namin ang pag-develop at pag-roll-out ng aming Active Acoustics software solutions para sa mga tagagawa ng sasakyan at automotive suppliers – lalo na habang ang mga pangangailangan sa NVH ay umuunlad sa bagong era ng electric at autonomous mobility.”
#2. Zero Sound
Nangangako ang kumpanya ng mataas na kalidad na active noise cancellation para sa iba’t ibang gamit, mula sa loob ng maingay na taxi hanggang sa malalaking outdoor stadiums. Maaaring i-scale up ito dahil ang pangunahing solusyon ay binubuo ng isang panel. Ang bilang ng mga panel ay maaaring dagdagan upang kanselahin ang ingay ayon sa larangan ng aplikasyon. Inaangkin ng Zero Sound na ang kanilang mga solusyon ay maaaring aktibong kanselahin ang ingay, na nagbabawas nito ng hanggang 92%.
Sa pag-deploy ng higit sa sampung ZS active digital noise suppression panels nang sabay-sabay, maaaring tugunan ang pangangailangan sa noise cancellation ng mga industrial complexes, construction sites, stadiums, rail & road crossings.
Sa kahit saan sa pagitan ng isa at siyam na panel ay sapat na upang lumikha ng suppression network para sa mga power generators, industrial equipment, drilling, at construction sites.
Higit sa limang panel ay sapat para sa isang enclosed space, tulad ng mga matatagpuan sa office interiors, ospital, server rooms, at hotel. At kahit saan sa pagitan ng isa at apat na panel ay sapat para sa mga taxi ng emergency vehicles, heavy equipment, at agricultural equipment.
Ayon sa available na data, nagkaroon ng funding round ang Zero Sound na nag-close sa CA$880,000 noong Mayo 2018.
Pagtugon sa Ingay: ang Lagang Panganib ng Pagsalungat na Hangganan
Ang European Union, nang walang pag-aalinlangan, ay kinikilala ang noise pollution bilang isang malaking problema, kapwa para sa kalusugan ng tao at sa kapaligiran. Habang ang pangmatagalang pagkalantad sa ingay ay maaaring magdulot ng pagkairita, pagkagambala sa pagtulog, at negatibong epekto sa puso ng tao at sa metabolic system, ang environmental noise ay maaaring magresulta sa mga batang may kapansanan sa pag-iisip.
Ayon sa mga pagtataya ng EEA, ang environmental noise ay pangunahing sanhi ng 48,000 bagong kaso ng ischaemic heart disease bawat taon at 12,000 premature deaths. Ang environmental noise ay nag-aambag din sa chronic high annoyance sa 22 milyong tao at chronic high sleep disturbance sa 6.5 milyong tao. Higit sa 12,000 mag-aaral sa paaralan ang nagkakaroon ng reading impairment dahil lamang sa ingay ng eroplano.
Kaya’t ang pagtugon sa mga panganib ng ingay ay isang gawain na nangangailangan ng pangkalahatang pakikipaglaban. Isa sa mga pinaka-vulnerable na lugar sa lahat ng ito, kung saan maraming tao ang apektado sa napakaliit na espasyo, ay ang industriyal na espasyo.
Ipinapakita ng mga numero ang posibilidad na hanggang 22 milyong manggagawa sa US ang humaharap sa mapanganib na antas ng ingay sa trabaho. Maraming bagong estratehiya ang na inilunsad upang mapanatiling kontrolado ang banta ng industriyal na ingay.
Ang constrained layer damping—na nakakamit sa pamamagitan ng paglalagay ng dampening material sa pagitan ng dalawang metal sheet—ay naging kapaki-pakinabang na pamamaraan para mabawasan ang pagyanig na nilikha ng mga makina.
Para sa mga pang-bahay na layunin, isang grupo ng mga mananaliksik sa Singapore ang nagdala ng makabagong ideya ng noise-canceling windows. Ang pag-mount ng mga sistemang solusyon na ito sa mga window grills ay maaaring magpababa ng papasok na tunog ng 50%.
Ang mga sensor ay may mahalagang papel sa tagumpay ng pamamaraang ito. Ang mga sensor na ito ay nakaka-detect ng papasok na ingay at naglalaro ng tunog na may katulad ngunit baliktad na waveform upang ang mga out-of-phase sound waves ay makapagkontra sa papasok na alon, na nagdidispersi sa kanila bago pa man umusad.
Isa sa pinaka-sophisticated at kapanapanabik na solusyon na lumitaw sa mga nagdaang taon ay ang nanotechnology soundproofing foam. Ginagamit nito ang nanotechnology upang gawing init ang mga sound waves. Ang solusyon ay madaling ma-access at handa na i-scale up, dahil gumagamit ito ng available na off-the-shelf soundproofing foam bilang base. Ang foam na ito ay ini-inject ng nanopowder upang lumikha ng microscopic channels sa loob nito. Ang mga channel o tubo na ito ay nagko-convert ng acoustic vibrations sa init, na nagdidispersi ng tunog.
Ang pakikipaglaban sa banta ng tunog ay nangangailangan ng mas maraming makabagong solusyon at ang kahandaan ng malalaking tagagawa at mga manlalaro sa industriya na mamuhunan nang maingat sa mga solusyon sa pagsupil ng ingay. Dahil ang tunog ay hindi nakikita, madalas itong nakakaligtaan. Ang pinsala nito ay lumilitaw lamang kapag napagtanto natin ang pinsalang nagawa nito sa ating katawan at sa ating sarili. Kailangan nito ng mas maraming kamalayan, tiyak!
