Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unterwasser-Mikrofon setzt auf Hören wie ein Wal

28.06.2011
Orca-Ohren als Vorbild für empfindliches, vielseitiges Sensorsystem

Forscher an der Universität Stanford haben ein Unterwasser-Mikrofon (Hydrofon) entwickelt, das ein enormes Geräuschspektrum messen kann. Das umfasst Frequenzen über 17 Oktaven und Lautstärken vom flüsterleisen Hintergrundgeräusch im Ozean bis hin zu einer TNT-Explosion in unmittelbarer Nähe. Im Gegensatz zu klassischen Hydrofonen funktioniert das System zudem bei beliebiger Wassertiefe. Um all das zu ermöglichen, hat sich das Team an einem natürlichen Vorbild orientiert - dem Gehör von Orcas.

Das Gehör der Meeressäuger ist ein ideales Vorbild. "Sie hatten Millionen Jahre, um ihr Sonar zu perfektionieren, und das merkt man", sagt Onur Kilic, Elektrotechnik-Postdoc in Stanford. So deckt das Gehör der Tiere einen gewaltigen Frequenzbereich ab und funktioniert auch bei größerer Tiefe.

Nano-Tricks
Schall besteht aus Druckwellen, den Ohren ebenso wie normale Mikrofone mithilfe schwingender Membranen messen. Dieses Prinzip scheitert unter Wasser bald. Denn je zehn Meter Tiefe steigt der Druck um eine Atmosphäre - bis auf rund 1.100 atm im Mariannengraben, der tiefsten Stelle der Weltmeere. "Damit ein Sensor kleine Fluktuationen bei so einem großen Spektrum an Außendruck messen kann, muss er mit Wasser gefüllt sein", so Kilic. Die Forscher haben daher in eine nur 500 Nanometer Dicke Membran eine Anordnung von Nanolöchern gebohrt.

Diese Löcher lassen nicht nur Wasser durch, damit der Druck auf beiden Seiten der Membran gleich ist. Sie sind gleichzeitig ein wichtiger Teil des Messsystems. "Die Verschiebungen des Diaphragmas bei den leisesten Geräuschen im Ozean liegt bei einem Hundertausendstel Nanometer", betont der Elektrotechniker. Um diese winzigen Bewegungen zu erfassen, setzt das System auf Laserlicht, das eigentlich einfach durch die Membran scheinen würde. Doch die Löcher haben eine Größe im Bereich der Wellelänge des Lichts, was zu einer Interferenz und letztlich der Reflexion des Lichts führt.

Dreifach-Membran
Das Mikrofon nutzt zudem drei unterschiedlich große Membranen, die auf verschiedene Lautstärken abgestimmt sind. Eine erfasst dabei sehr leise Geräusche, die einem Flüstern entsprechen, eine weitere sehr laute wie eben eine Explosion. Die dritte Membran deckt die Mitte des Lautstärkespektrums ab. Dabei fungieren die Komponenten als ein Sensor, der insgesamt über einen Bereich von 160 Dezibel funktioniert. Ähnlich dem Vorbild Walgehör kann der erbsengroße Sensor dabei Frequenzen von einem Hertz bis zu 100 Kilohertz wahrnehmen.

Thomas Pichler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.stanford.edu

Weitere Berichte zu: Frequenz Gehör Geräusch Hydrofon Lautstärke Membran Mikrofon Ozean Sensor Unterwasser-Mikrofon Wal

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Speiseröhrenkrebs einfacher erkennen
06.03.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Neues Labor für die Aufbautechnik von ultradünnen Mikrosystemen
21.02.2017 | Hahn-Schickard

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise