سنتحدث في هذه المادة عن السماعات الذكيه، والكمبيوتر الذي يعمل على الضوء، واخيرا الروبوت الذي يمكنه ان يرى، وآخر يمكنه اني يشم.
منذ ان اخترع الامريكي توماس اديسون الميكرفون سنه 1877، سارت تكنولوجيا الصوت متعالية الى الامام، عبر جهاز التسجيل، واسطوانة اللايزر. من اخر الاختراعات في هذا المجال، نذكر السماعة الذكيه.
منذ ان بدأنا في تسجيل الموسيقى، بدأ تسجيل الصوت يتحسن بأستمرار.
اول اداة نحتاجها للتسجيل هي المايكريفون. وهي اداة تحول الصوت الى طاقة كهربائيه. تتألف بشكل رئيسي من الحجاب الحاجز. الذي يهتز حيال ادنى ضغط، او موجة قادمة على سرعة محدده من آلة موسيقية مثلا.
هناك انواع متعدده من الميكروفونات، بعضها ذو اتجاه واحد وهي تلتقط الاصوات القادمة من ذلك الاتجاه. هذا النوع من الميكروفونات يسمى بالقلبي، على اعتبار ان انحناء وجهته على شاكلة القلب. هذا الشكل يحدد المنطقة التي سيلتقط الميكروفون منها اصواته.
يستخدم هذا الميكروفون لتسجيل البرامج التلفزيونيه التي يشارك فيها الجمهور، لانهم لا يريدون تسجيل الكثير من الضجيج المحيط.
الميكرفون المتعدد الاتجاهات قادر على التقاط الاصوات من جميع الاتجاهات. التوجه الدائري له يحدد مصادر الاصوات التي سيلتقطها.
يستخدم هذا النوع من الميكروفونات لتسجيل اصوات فرقة من الكورس الغنائي.
وهناك ميكرفون ذو اتجاهين. الذي يعمل على السواء من الامام، ومن الخلف. لانه يعمل بقوة الضغط، فيسجل الفارق في ضغط الهواء بين الفتحتين.
انحناءة اتجاهه، تأخذ شكل الثمانية، لتحدد المنطقة التي سيلتقط الميكرفون مصادر الصوت منها. يفيد هذا الميكرفون في تسجيل حوارات بين شخصين.
الميكرفون الجيد هو الذي يعزز نوعية تسجيلاتك، وهذا ينطبق ايضا على نوعية جهاز التسجيل ايضا. يتحول الصوت عبر الميكرفون الى كهرباء، من خلال محول الكتروني، يتم تسجيله على هيئة موجة ممغنطه تقلد موجات الصوت.
اليوم وبفضل النظام الرقمي، يمكن تقسيم كل ثانية من الصوت الى جزيئات صغيره يتم تسجيل وسعها بشكل مزدوج. تماما كما يحدث في الكمبيوتر، يعتمد المفتاح المزدوج على رقمين: الصفر والواحد.
يمكن تنسيق الرقمين بعدة سبل. كتسلسل متعدد له صلة بمفتاح معين، تقوم هذه التقنية بما هو اكثر من تقليد الصوت، بل تعيد انتاجها، بدقه.
تنقل الاشارات المزدوجة بعدها الى اسطوانه، على شكل اثلام واخاديد من اطوال مختلفه. بهذه اللحظة اصبحت الموسيقى جاهزة لفك رموزها من قبل المستمع.الضوء الذي بثه اللايز سيختفي بين الاثلام، او يظهر عبر الفوتودايود، وهو عنصر الكتروني، حساس تجاه الضوء، يتولى تحويل الاشارات المزدوجة الى اشارات كهربائيه.
تذهب هذه الاشارات حينها الى المكبر، وهو العنصر الرئيسي لاي جهاز صوتي. يتولى المكبر نقل الاشارة الى السماعات. فتقوم السماعات بتحويل الاشارات الكهربائيه، الى اشارات صوتية من جديد. وذلك من خلال محول صوتي، يحول شكلا من الطاقة الى شكل اخر.
تعمل السماعات على مباديء الميكريفون ذاتها. فهي تعتمد بشكل رئيسي على طبقة رقيقة من الحجاب الحاجز، المثبت على جنباتها والمرتبط بالوسط عبر سلك يتدلى في الحقل المغناطيسي. يهتز الجانب المتحرر من الحجاب الحاجز ليبث موجات الصوت.
النظام الصوتي النوعي يتطلب ثلاثة احجام من الحجاب الحاجز، يكون احدها صغيرا لأصوات الذبذبات العاليه.
وآخر من الحجم الوسط يركز على الذبذبات الوسطى. ليركز الحجم الاكبر منها على الذبذبات المنخفضه.
طورت التكنولوجيا الحديثة ما يسمونه بالسماعة الذكيه، القادرة على التأقلم مع الاجواء المحيطه، والحقيقة ان هذه السماعة ستأخذ حجم الغرفة بعين الاعتبار، كما والأثاث الذي يحيط بها، فأين ما وضع صاحب البيت سماعات مسجلته، سوف يستمع الى المعزوفة التاسعة لبتهوفن بالطريقة نفسها.
الابحاث التي ادت الى اكتشاف هذه التكنولوجياتوفق بين عاملين اساسيين في بث الصوت، اولا السمع النفسي، وهو البحث العلمي في الطريقة التي يستمع اليها الانسان. ومن ثم، الالكترون الذي يمكن الباحث من رسم خريطة لبرنامج رقمي.
تصغر الخريطة كل التعديلات الصوتية التي يمكن ان يسببها توزيع الغرفة العمراني. وهي تفعل ذلك لتلبية متطلبات السمع النفسي. لهذا تتولى الخريطة عملية تعديل الموجات التي يتم بثها لتتوافق مع حقل الصوت في الغرفه.
اصبحت تكنولجيا الصوت هذه مستعدة لدخول الاسواق. ورغم اننا نتوقع ارتفاع اسعارها في المرحلة الاولى، ولكن بعد سنوات قليله، سيتمكن صاحب كل بيت من الحصول على جهاز سماعاته الذكي ايضا.
---------------------
الموجات الصوتية تفعل ما هو اكثر من مجرد تمتيع الاذان بالنغم والالحان، فهي تستخدم ايضا في صناعة الكمبيوتر. فالتلحيم بالموجات الفوق صوتي سيستخدم لجمع الاسلاك المعدنية مع بعضها البعض، وفي حين تتولى موجات الصوت صناعة الكمبيوتر، سيعنى الضوء، بجعلها تقوم بالعمل.
اصبحت الالكترونيات جزءا من الحياة اليوميه. من الصعب تخيل الحياة بدون فرن كهربائي او على الاقل، صانع قهوة كهربائي.
يعتمد مبدأ عمل الدوائر الرقمية الالكترونيه، على رسالة مشفره وذلك من خلال الشحنات الكهربائية او بدونها. نقل الشحنات الكهربائية يتوافق مع الرقم واحد، في حين يتوافق غيابها مع الرقم صفر.
مجموعة من هذه الارقام معا، يقدم جزءا محددا من المعلومات. بأختصار شديد، يتعلق الامر بآلات صناعية يتم فيها فتح الدوائر او اغلاقها لأرسال الشيفرة الكهربائيه.
كانت اولى الدوائر الالكترونية الرقميه، تعمل بأنابيب هي اشبه بالاضويه الكهربائيه. عادة ما تحتوي هذه الانابيب على خطين متوازيين، كان لاحدهما القوة الكهربائية الموجبه وللآخر القوة السالبه. هذه الانابيب تسمح للدورة بأن تفتح او تغلق بحيث يتم ارسال الكهرباء.
اثناء الحرب العالمية الثانيه عمل كمبيوتر بالاعتماد على ثمانية عشر الف انبوب، ما يتطلب مساحة واسعه، ويؤدي الى حرارة عاليه. فيما بعد، ومع نهاية العام 1940 عمل اول ترتنزيستور بتكلفة اقل من الانابيب.
وكانت تبعث حرارة اقل، وتعد بحياة اطول. الحاجة الماسه الى انظمة الكترونية مضغوطه، ادت الى تطوير دوائر متكامله، عرفت بأسم شائع هو سيليكون شيبس.
الشيب الذي لا يتعدى حجمه الستة ميليمترات. يمكنه ان يحتوي على الاف العناصر المتواصله، ما يؤدي الى توفير هائل في المساحة والطاقه.
شبه الموصل هو القلب الذي يصنع فيه السيليكون شيبس. شبه الموصل هو مادة غير موصلة للكهرباء في حالتها الطبيعيه. ولكنها تصبح شبه موصلة حين تعالج كيميائيا. يصنع شبه الموصل من السيليكا، الذي يتم استخراجه من الرمل.
يشكل الهش الرقيق من زجاج السيليكون اساسا للشيبس، شبكة من المعدن الموصل، كالالومينيوم، تتشكل لتحمل التيار الكهربائي. تطور الترانزيستورات والمقاومات بتعديل كيميائي لسطح السيليكون.هذا السطح يتحكم بنقل الشحنات الكهربائيه.
اثناء العشرة اعوام الماضيه، اصبحت انظمة الاتصالات بالغة التعقيد، فحققت سرعة لا سابق لها. اليوم وبفضل الصورة الخليوية، اصبحت الكترونيات الرؤية تنتقل بسرعة الضوء.
الكترونيات الرؤية هي فرع من الالكترونيات، وهي تتضمن استعمال الكهرباء والضوء لتشغيل الدوائر الحديثه.فالموجات الكهربائية على سبيل المثال، يمكنها ان تدخل في دائرة وتحفز لايزر بحجم حبة الملح. يعاد تشفير المعلومات الكهربائية عبر موجات من الضوء، التي تنتقل عبر خلايا الرؤية الى دائرة رؤية الكترونية جديده.
احدى التقنيات المستعملة في صناعة زجاجات شبه الموصل هي جزيئات اشعة صلبه. يوضع هش من شبه الموصل الزجاجي في مساحة يتم تعريضها لاشعة ذرية او جزيئيه.
ما يعدل في تركيب الزجاج، يتم ذلك في منطقة عازله، بحيث يتحكم الكمبيوتر بكل من هذه المراحل. من المتوقع ان تساعد هذه التقنية على تطوير هيكليات للرؤية الالكترونية ذو نوعية افضل واسعار معقوله.
يمكن صناعة دوائر الألكترونات بأشعة ايون المركزه. هذه التقنية تنقش الاخاديد بمساحات لا تزيد عن بضع اجزاء من الميكرون. يتم بث الضوء والتحكم به في هذه الاخاديد. ولنعطي فكرة عن المساحه، فقد تم رسم الف ومئه وسبعة وثمانون شخصا على رأس هذا الدبوس.
اصبحت هذه الدوائر واسعة الانتشار بفضل السرعة التي تنقل فيه المعلومات، وبفضل حجم الشيبس، الذي يقل عشرة مرات عن حجم الشيبس التقليدي.بأقل من نصف قرن، انتقلنا من كمبيوتر بحجم مرآب السيارة الى ميكروشيبس بالكاد يمكن رؤيته بالعين المجرده، وهو يعمل بأشارات ضوئيه.
--------------------
عادة ما نستوحي العلم والتكنولجيا من جسم الانسان. هذه هي حالة الرؤية الصناعية التي تحوي الة تصوير وكمبيوتر. وهناك جهاز اخر يتمتع بحاسة الشم. كما هو حال المضخة الالكترونيه الشامه.
يمكن لانف الانسان ان يكتشف بوضوح رائحة محدده. كرائحة الزهور، او دخان السيارات. ولكن لتتبع اثر المخدرات، او المتفجرات المقفلة في حقائب، الخيار الافضل هو كلاب الشرطه.
فحاسة الشم لدى الكلاب افضل مما هي عليه لدى البشر. كما ان ذاكرة الرائحة لديهم تمكنهم من تخزين كل الروائح، بحيث يمكنهم التعرف عليها حالما يصادفونها مرة اخرى.
حين تدخل جزيئات الرائحة الى تجويفات انف الكلب، تعلق في هديبات مجهرية في نهاية خلايا المراقبه. فترسل خلايا المراقبة شحنة عصبية الى مركز الشم في الدماغ.
تتعرف الكلاب على المواد العضويه، كالقنب او الحشيش. ولكن عندما يعثر على مواد غير عضوية كحال تلك التي يتم استخدامها في صناعة بعض المتفجرات، فهي تواجه مصاعب في تحديدها، فيأتي دور، مضخة الشم الألكترونيه.
اخترع هذا الجهاز اولا للتعرف على الاسمدة في البيئة الطبيعيه. ليتم تعديلها لاحقا كي تستخدم في مطاراتنا. ومضخة الشم اشد حساسية، من انف الكلب.
فهي قادرة على تحديد بعض جزيئات العبوة المتفجرة من بين ملايين الجزيئات القادمة من انحاء مختلفه.
يتألف الجهاز من جزئين،فهو يحتوي على جزء محمول يستخدم لاخذ عينات من الهواء الذي يحيط بالحقيبه. يوضع في هذا الجزء بصيلة صغيره معززة بمصفاة حساسة تجاه جزيئات المتفجرات.
تتولى مضخة داخليه امتصاص الهواء . تشكل الجزيئات تماسكا كيميائيا مع المصفاة. حينها تدخل البصيلة الى جزء اخر من الجهاز، الذي هو بحجم حقيبة اليد.
هنا يتم تحليل نموذج الهواء من خلال محلل للغاز، يعتمد تقنية فصل تحتوي على ممر للغاز عبر انبوب زجاجي طويل. يتم استخدام النيتروجين في هذه المرحله، يحقن نموذج الهواء من البصيلة بهدف حله. ثم تدخل في انبوب حيث يمزج بالغاز.
يدخل المزيج في الانبوب حيث يختلط بالغاز، وفي مستوى محدد، يمتليء الانبوب بمادة صلبه، فيجمع المصفاة في نموذج البصيله.اثناء عملية التحليل، تبقى المادة الصلبة بلا حركه، لهذا تسمى، بالمرحلة المؤقته.
حسب مزاياه الكيميائيه، سيكون للمادة في النموذج تجانس اقل او اكثر تجاه المرحلة المؤقته. فتكون النتيجة خروجها السريع نسبيا من الانبوب.
في هذه المرحلة، سيتم تحديدها بفضل كاشف يحلل كل مادة بناءا على المدة التي تحتاجها للخروج من الأنبوب. فتظهر النتيجة على لوحة الكترونية صغيره. فأذا كانت العينه تحتوي على متفجرات، ستظهر اللوحة رسالة انذار بالخطر.
يمكن للمضخة ان تستخدم للكشف عن الهيرويين او الكوكايين، كما والمنتجات الزراعية المستوردة بطريقة غير مشروعه. جهاز يمكنه الرؤية هو ما يلزم ولكن هذا ما يزال حلما.
علما ان هناك روبوت يمكنه الرؤيه. خطوات هائله تم القيام بها في ابحاث الرؤية الصناعيه.اذ يمكن الان تحديد اعماق ثلاثه لاي شيء بمجرد تعريضه لاشعة اللايزر.
بفضل الرؤية الثلاثيه، يمكن قياس المسافة الفاصلة بين الهدف المحدد واللايزر وتسجيلها على الكمبيوتر. تعتمد التقنية على التناسق الزمني بين توجيه اشعة اللايزر ولحظة اكتشاف الهدف.
بمعرفة سرعة الضوء، عندما يعترض الهدف المنشود اشعة اللايزر، ينعكس بعض الضوء مباشرة الى الجهاز الكاشف.
يسجل الكاشف شكل الهدف وعمقه بالتحديد. يمكن ارسال المعلومات الى محطة رسم تعيد بناء الهدف الذي تم التقاطه.
يمكن اليوم ارسال صورة ثلاثية الابعاد عبر الكمبيوتر من خلال الاقمار الصناعيه. ويمكن اعادة رسمها بأرسالها الى جهاز رسم مختص، ينقش الهدف على مادة ما.
يمكن الحاق هذا الجهاز في ذراع للربوت. يتولى شخص عبر الكمبيوتر، الطلب منه ان يتعرف على الهدف المحدد، ليقوم بألتقاطه.يمكن لذراع متحرك ان يتتبع الهدف المنشود دون ان يفقد اثره ابدا.
نستطيع تطبيق هذه التقنية في مجالات متعدده.
قريبا سيتم ارسال روبتات متحركه لاستكشاف كوكب المريخ. عملية نقل المعلومات من محطة المراقبة على الارض الى الروبوت ستكون بطيئه، نتيجة بعد المسافه، الا ان جعل الروبوت يعتمد على نفسه، سيمكن الرؤية الصناعية من توفير الكثير من الوقت، للقيام بمهمتها خارج كوكب الارض.
--------------
يستمر عالم الالكترونيات بأدهاشنا، قريبا سنتمكن بوضع جهاز على الرأس، معزز بشاشتين صغيرتين، بفعل برنامج كمبيوتر ثلاثي الابعاد، وارتداء قفاز خاص، سنتمكن من تحسس الاشياء المخيفة التي تحت سطح الارض، وسنتمكن من الغوض عميقا في عالم ابعد من ان يكون جزءا من احلامنا.
--------------------انتهت.
