”Hmm, jag tror att jag vill lyssna på ettstrukna A en stund.”
Vi skulle ställa in örat på 440 hertz, lyssna på ettstrukna A en stund, och sedan kanske vi byter kanal. Kanske ett E på 330 hertz?
Livet skulle onekligen bli rätt besvärligt om örat var konstruerat som en radio. Vi skulle behöva använda morsealfabetet för samtal.
Vi är så vana vid att örat kan lyssna på ett brett spektrum av frekvenser från runt 20 svängningar i sekunden (hertz) till uppåt 20 000 hertz – åtminstone när vi är unga – att vi inte tänker på det. Det är sju oktaver som vi hör på en gång – från lägsta orgelbas till piccolaflöjt.
Men varför kan inte en radio fungera som örat? Det frågade sig Rahul Sarpeshkar, docent vid Massachusetts Institute of Technology.
Bästa spektralanalysatorn. Hörselsnäckan reagerar på olika frekvenser ungefär som när resonans sätter strängarna på en flygel i rörelse.
Varför kan inte en radio lyssna på ett spektrum av frekvenser på samma gång?
Nu är vi kanske inte så intresserade av att lyssna på fler än en radiokanal åt gången. Men tänk om en enda krets i mobiltelefonen kunde hålla koll på flera radiofrekvenser hela tiden – 3g, gsm, bluetooth, wi-fi, gps. Inte genom att skanna sig igenom frekvensbandet – ett automatiserat rattande – utan verkligen lyssna på alla frekvenserna på en gång.
Sarpeshkar tog människans hörselsnäcka till förebild och konstruerade en ny typ av radio.
Resultatet är en liten krets på 1,5 gånger 3 millimeter. Den kallas för RF Cochlea, RF för radio frequency och cochlea för hörselsnäckan.
Man kan se det som en spektralanalysator, ett slags apparat som har funnits i olika former sedan 1800-talet.
En spektralanalysator mäter signalstyrkan i ett helt spektrum av frekvenser.
Men Sarpeshkars radiohörselsnäcka har visat sig vara mycket snabbare än traditionella konstruktioner.
Nyckeln ligger i att Rahul Sarpeshkar och hans doktorand Soumyajit Mandal undersökt hur örat fungerar och överfört principen till elektronik.
– Ju mer jag tittade på örat, desto mer insåg jag att det är som en superradio för 3 500 parallella kanaler, säger han i ett uttalande från MIT.
Sarpeshkar är docent i elektronik, men inte specialist på radioteknik – vilket han tror var en fördel:
– Någon som jobbar med radio skulle aldrig komma på detta, och någon som jobbar med hörsel skulle aldrig komma på det – men om man slår ihop båda två så ger de två insikter om varandra, säger han.
Örat analyserar ett brett spektrum av svängningar i luften, ljudvågor, snabbare än vad någon elektronisk apparat kan göra, och utvecklingsarbetet ledde till insikter om varför det är så.
Hörselsnäckan är en intrikat vätskefylld struktur, fylld med en vätska som sätts i rörelse av ljudvågorna som kommer in i örat.
Vätskan påverkar ett membran, basilarmembranet, som har en sådan form att olika frekvenser påverkar olika delar olika mycket.
Basilarmembranet är täckt med små hår, hörselhår, som reagerar på membranets rörelser och skickar iväg hjärnimpulser till hjärnan. Impulserna innehåller information både om ljudets frekvens och om ljudstyrkan. (I själva verket ingår det fler steg i processen, men de är principiellt mindre viktiga.)
Rahul Sarpeshkar har utformat en elektronisk motsvarighet till hörselsnäckans vätska och membran genom ett system av elektriska spolar och kondensatorer. De små håren som upptäcker och förmedlar ljud av olika frekvenser motsvaras av små transistorer.
Kretsen är inte bara väldigt liten, den är också strömsnål. Vilket frekvensomfång som den kan hantera beror på hur man konstruerar den.
Tekniken är i grunden analog, men kan få stor betydelse för trådlös digital kommunikation.
Den kan bidra till att förverkliga det som kallas för mjukvarudefinierad radio. Mjukvarudefinierad radio innebär att (till exempel) en mobiltelefon har en radiomottagare, inte tre eller fyra. En modern mobiltelefon kan ha en mottagare för 3g och gsm, en annan för bluetooth, en tredje för wi-fi och en fjärde för bluetooth, och kanske dessutom en gps-mottagare. Tillverkarna hoppas naturligtvis att det ska räcka med en enda mottagare.
Kognitiv radio – tänkande radio – är en annan målsättning. Där tänker man sig att två radiosystem ska kunna komma överens om hur kommunikationen ska gå till – vilken frekvens som ska användas, modulering, kryptering. De ska kunna komma överens om att välja en radiofrekvens som är ledig och fri för störningar.
Hittills finns det bara en elektronisk krets, men inga produkter.
Kommentera: