شنود از پشت شیشه با میکروفون نوری ممکن شد
پژوهشگران چینی با توسعه یک «میکروفون نوری» انقلابی، راهی جدید برای ضبط صدا ابداع کرده‌اند. این فناوری به جای امواج هوا، از نور بازتاب‌شده از ارتعاشات نامرئی سطوح استفاده می‌کند و امکان شنیدن صدا در محیط‌های غیرقابل دسترس مانند پشت شیشه یا فضاهای ایزوله را فراهم می‌آورد.
پژوهشگران مؤسسه فناوری پکن میکروفونی ساخته‌اند که برخلاف مدل‌های سنتی، ارتعاشات هوا را تشخیص نمی‌دهد، بلکه با ثبت نور بازتاب‌شده از حرکات نامحسوس سطوح، صدا را بازسازی می‌کند. این «میکروفون نوری» بر اساس واکنش سطوح به امواج صوتی کار می‌کند و با استفاده از همین لرزش‌های کوچک، اطلاعات شنیداری را بازیابی می‌کند.
شو-ری یائو (Xu-Ri Yao)، پژوهشگر ارشد این پروژه، توضیح می‌دهد:
روش ما ضمن ساده‌سازی و کاهش هزینه استفاده از نور برای ضبط صدا، کاربردهایی را در سناریوهایی ممکن می‌سازد که میکروفون‌های سنتی کارایی ندارند، مانند مکالمه از پشت شیشه. تا زمانی که راهی برای عبور نور وجود داشته باشد، نیازی به انتقال صدا نیست.
این فناوری چگونه کار می‌کند؟
تلاش‌های قبلی برای ضبط صدا با استفاده از نور، به تجهیزات پیچیده و گران‌قیمتی مانند لیزر یا دوربین‌های فوق‌سریع متکی بود. اما تیم چینی رویکرد متفاوتی را در پیش گرفت. سیستم آن‌ها از تکنیکی به نام تصویربرداری تک‌پیکسلی (Single-pixel imaging) بهره می‌برد که نیاز به سنسور دوربینی با میلیون‌ها پیکسل را از بین می‌برد. در عوض، این سیستم از یک آشکارساز نوری و الگوهای نوری ساختاریافته که توسط یک مدولاتور نور فضایی (Spatial light modulator) تابانده می‌شود، استفاده می‌کند.
به زبان ساده، این تکنیک با تاباندن نور دستکاری شده به یک هدف و ثبت تغییرات جزئی در روشنایی بازتاب‌شده عمل می‌کند. هنگامی که جسم در پاسخ به صداهای اطراف می‌لرزد، این تغییرات کوچک در شدت نور، توسط آشکارساز ثبت شده و سپس با الگوریتم‌های محاسباتی، دوباره به سیگنال صوتی تبدیل می‌شوند.
یائو می‌گوید:
ترکیب تصویربرداری تک‌پیکسلی با روش‌های مکان‌یابی مبتنی بر فوریه به ما اجازه داد تا با تجهیزات ساده‌تر و هزینه کمتر به تشخیص صدای باکیفیت دست یابیم. سیستم ما امکان تشخیص صدا را با استفاده از اشیاء روزمره مانند کارت‌های کاغذی و برگ درختان، در شرایط نوری طبیعی، فراهم می‌کند و نیازی نیست که سطح لرزاننده حتماً نور را به شکل خاصی بازتاب دهد.
از برگ درخت تا کارت کاغذی: آزمایش‌های اولیه موفقیت‌آمیز
برای نمایش قابلیت‌های این سیستم، پژوهشگران مواد معمولی مانند کارت کاغذ و یک برگ درخت را در فاصله حدود نیم متری از منابع صوتی قرار دادند. میکروفون نوری با موفقیت توانست صدای واضح و قابل فهمی را بازسازی کند، به‌ویژه هنگامی که از کارت کاغذی استفاده شد. صداهای با فرکانس پایین با دقت قابل توجهی ضبط شدند، در حالی که فرکانس‌های بالاتر کمی اعوجاج داشتند. محدودیتی که تیم تا حدی با استفاده از تکنیک‌های پردازش سیگنال آن را برطرف کرد.
این سیستم از نظر حجم داده نیز بسیار بهینه است و برای استریم صدا به پهنای باند حدود ۴ مگابایت بر ثانیه نیاز دارد که آن را برای ضبط طولانی‌مدت یا مداوم و همچنین برای ذخیره‌سازی یا انتقال اینترنتی مناسب می‌سازد.
کاربردهای بالقوه و آینده این فناوری
پژوهشگران کاربردهای گسترده‌ای را در صنایع مختلف برای این فناوری متصور هستند. موارد استفاده بالقوه شامل ارتباط از طریق موانع جامد، نظارت محیطی از راه دور، تشخیص‌های پزشکی غیرتهاجمی و آزمایش‌های پیشرفته صنعتی می‌شود.
یائو خاطرنشان می‌کند:
در حال حاضر، این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد و می‌تواند در سناریوهای ویژه‌ای که میکروفون‌های سنتی از کار می‌افتند، استفاده شود.
این تیم اکنون در حال کار برای بهبود حساسیت و دقت سیستم، توسعه یک نسخه قابل حمل‌تر و همچنین افزایش برد آن برای تشخیص صدا از فواصل دورتر است.
منبع: شهر سخت افزار
