Křemenný disk ultrazvukového senzoru. Kredit: University of Queensland.

Ultrazvukové technologie nejsou žádnou novinkou. S úspěchem je používají lékaři, posádky ponorek i mnozí další. Nová ultrazvuková technologie ale opět posouvá možnosti, které nám ultrazvuk nabízí. Australští vědci postavili unikátní ultrazvukový senzor, který je tak nesmírně citlivý, že detekuje zvuk jednotlivých molekul vzduchu, které se pohybují kolem senzoru nebo zvuk vibrací jednotlivých buněk.

V běžných ultrazvukových zařízeních jsou základem vysílače i přijímače piezoelektrické krystaly. Fungují tak, že elektrický proud vyvolává vibrace těchto krystalů, které pak vysílají zvukové vlny o frekvencích neslyšitelných pro lidské ucho. A u přijímače to probíhá zase naopak. Vibrace vytvářejí v krystalech elektrický proud. Technologie piezoelektrických krystalů má ale svá omezení, kvůli nimž jo nebylo možné pro ultrazvukový senzor použít.

Warwick Bowen. Kredit: University of Queensland.

Vedoucí výzkumu Warwick Bowen a jeho spolupracovníci proto museli nasadit úplně jiný přístup. Přijímač jejich ultrazvukového senzoru je nepatrný disk z křemene, který má průměr 148 mikronů a tloušťku 1,8 mikronu. Na disk, který je umístěný na čipu, míří laserový paprsek. Když (ultra)zvukové vlny zasáhnou disk, tak se povrch disku nepatrně zdeformuje. Laser pak tyto změny přečte.

Bowen s kolegy využili technologii, díky které laserový paprsek změří mechanický pohyb v nanoměřítku. Jde o změny na úrovni attometrů. Jeden attometr přitom odpovídá asi tisícině průměru atomového jádra. Zmíněná technologie byla původně vyvinuta pro kvantová zařízení. Bowen a spol. ji použili v ultrazvukovém senzoru.

University of Queensland

Badatelé uvádějí, že jejich ultrazvukový senzor je asi tak stokrát citlivější, než stávající technologie. Nové zařízení dovede změřit ultrazvukové vlny, které působí asi takovými silami, jako vliv gravitace na virus. S tímhle senzorem bude možné poslouchat jednotlivé buňky, třeba buňky lidského těla nebo bakterie.

Nové ultrazvukové senzory tohoto typu by mohly pomáhat vědcům i lékařům při zkoumání stavu a fungování buněk. Živé buňky vibrují a my můžeme jejich vibrace analyzovat. Díky senzorům Bowenova týmu to půjde u jednotlivých buněk. Časem by bylo možné ultrazvukové senzory využít k monitorování pohybu jednotlivých buněk v těle. Své uplatnění by mohly nalézt třeba i ve vylepšení navigace, jak podvodních, tak i létajících strojů.

Literatura
University of Queensland 15. 1. 2019, Nature Communications 10: 132.