Текст книги "Юный техник, 2011 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

СОЗДАНО В РОССИИ
И назвали чудо поливизор

Изобретатели давно мечтают создать телевизор, который бы давал объемное изображение без помощи стереоочков. А идея, между тем, буквально носилась в воздухе…

Во всяком случае, в интерпретации воронежских инженеров-изобретателей Михаила Ильина и Константина Поликарпова это «чудо» выглядит так. Включают установку, напоминающую большой чемодан, и над ней возникают изображения различных объектов. Видеоролик демонстрирует автомобили, воздушный шар, велосипед, гитару, плывущих рыбок, распускающиеся цветы…

Все они возникают как бы прямо в воздухе, пустом пространстве. Но, приглядевшись, замечаешь, что над установкой заметен легкий, почти невидимый туман, в котором возникает изображение. Этот туман и служит экраном, на котором поливизор – так воронежцы назвали свое изобретение – демонстрирует 3D-изображение.

Вообще-то, подобные системы существуют (см. «Подробности для любознательных»). Проекционные системы для показа плоского, а также объемного голографического изображения уже не раз демонстрировали советские, американские и английские специалисты.

Однако те установки использовали в качестве экрана дым или пылевое облако. Инженеры К. Поликарпов и М. Ильин создают туман из очень мелких капель воды. Он вырабатывается внутри «чемодана» с помощью ультразвука из дистиллированной воды и поднимается на высоту 3 метра. Запаса в 20 литров хватает почти на сутки демонстрации.

Наши специалисты не скрывают, что шли по стопам зарубежных коллег. По словам К. Поликарпова, их разработка как раз и началась три с лишним года назад с того, что в Интернете они увидели американский видеоролик. Но свое «ноу-хау» американцы держат в секрете. Так что нашим инженерам пришлось до всего доходить своим умом. Два года ушло на эксперименты, которые они делали на свои собственные деньги – финансировать их разработку не взялся никто: ни государство, ни частные инвесторы.

Установка воронежских специалистов.

Тем не менее, в отечественной конструкции есть несколько технических решений, имеющих преимущества перед зарубежными. Например, у поливизора своя оригинальная схема подачи тумана, поэтому «водяной» экран стабильнее, изображение более четкое. Кроме того, по словам разработчиков, отечественное устройство намного дешевле иностранных аналогов. Там применяли даже космические технологии, а наши умельцы собрали поливизор из подручных материалов.

Использовать поливизор предполагается прежде всего на выставках, в музеях и театрах, на показах мод… Со временем, наверное, глядишь, дело дойдет и до домашнего применения.

В. ЧЕРНОВ

Подробности для любознательных

ТРЕХМЕРНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Попытки создания объемных изображений начались в середине прошлого века с демонстрации стереоскопических изображений. Зрителям выдавали специальные очки, а на экран демонстрировали с помощью пары проекторов сразу два изображения – одно для левого глаза, другое, чуть отличавшееся ракурсом съемки, – для правого. Каждый глаз, благодаря очкам, видел свое изображение. В итоге мозг зрителя формировал стереоскопическое изображение.

Далее, в 70-х годах профессор В.Г. Комар из Научно-исследовательского кинофотоинститута создал одну из первых в мире голографических установок для демонстрации движущихся объемных изображений. Однако она не получила широкого распространения, поскольку одновременно видеть такое кино могли не более четырех человек – слишком узок был угол зрения.

В наши дни исследователи из университета города Санта-Барбара (США) разработали новый вариант создания трехмерных изображений, не требующих использования стереоскопических очков. Трехмерные образы как бы висят в воздухе, их можно обойти и осмотреть с разных сторон, даже пройти сквозь них.

Так выглядит изображение, создаваемое как бы «в воздухе» исследователями из Санта-Барбары.

Ученые использовали технологию FogScreens, с помощью которой на тонком слое капель жидкости создаются двухмерные изображения. Далее, с помощью двух устройств FogScreens и проектора, который управляет движением двухмерных изображений, можно создать два плоских изображения. Затем они трансформируются в трехмерное. Его-то и видит пользователь без всяких приспособлений.

Исследователи назвали свое устройство «бесплотным дисплеем» (Immaterial Display). Он может найти множество применений – в музеях и телемедицине, различных игровых и обучающих системах, электронных книгах с трехмерными иллюстрациями.

Еще одна разработка такого рода принадлежит сотрудникам японского национального института ИКТ. Технология цветной электронной голографии, созданная ими, позволяет продуцировать 3D-изображения движущихся объектов в условиях обычного освещения без использования лазерного луча.

Схема установки сотрудников японского института ИКТ.

Голограмма создается на основе интегральной фотографии, для чего объекты снимают при обычном освещении видеокамерой с объективом, имитирующим устройство фасеточного глаза насекомых, состоящего из множества микролинз. Такой же объектив используется и для демонстрации 3D-изображений.

Чтобы создать цветную голограмму обычным методом, необходимо осветить объект отдельно красным, зеленым и синим лазерными лучами, причем это нужно делать в темном помещении. Поэтому таким способом невозможно получить голографическое изображение движущихся объектов.

Новая технология позволяет снимать объект на видео при обычном освещении. Затем с помощью высокоскоростной обработки данных на компьютере из отснятого видео формируется голографическое изображение. Голограмма демонстрируется на трех LCD-панелях в красном, голубом и зеленом цветах. Затем голографические изображения одного и того же объекта проецируются лазерными лучами и синтезируются в трехмерное изображение, которое может быть показано в режиме реального времени.

Правда, пока размер воспроизводимого образа – всего 1 см, так как голография имеет маленький угол 3D-oбoзрения – не более 2 градусов. Но в ближайшие годы японцы намерены увеличить трехмерное изображение в несколько раз.

Автор еще одной работы – профессор Насер Пейхамбариан, из Аризонского университета. В основе его устройства – новый полимер, который позволяет записывать трехмерную графическую информацию, стирать ее и выводить на экран новый объемный кадр в считаные минуты.

Сейчас голографический дисплей, разработанный аризонскими специалистами, представляет собой пленку толщиной менее миллиметра и площадью около 10 кв. см. Трехмерное голографическое изображение может быть построено на таком экране менее чем за 3 минуты. Чтобы добиться такой эффективности, профессор поместил фотополимер между двумя стеклянными пластинами, к которым приложена разность потенциалов в 9000 вольт. Н. Пейхамбариан уверен, что в течение нескольких лет ему удастся довести скорость обновления графической информации на экране до уровня, достаточного для создания полноценного видеомонитора.

Голографический дисплей аризонских специалистов.

Голографическое изображение девочки, играющей на проезжей части.

РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…
Что такое SWL?

Я знаю, что довольно много людей в России увлекаются любительской радиосвязью. Какой в этом смысл, если в наше время есть мобильная связь, электронная почта, скайп и различные социальные сервисы, которые помогают мгновенно обмениваться информацией?

Сергей Киселев, Нижний Новгород

Информация информацией, но… SWL (Short Wave Listening) дословно – прослушивание радиостанций на коротких волнах – это своего рода спорт. По сути – это «охота» за дальними радиостанциями. На языке радистов (кстати, международном) дальняя станция называется DX, а упомянутая «охота» – DX-ing. Она, впрочем, не ограничена короткими волнами (КВ). Ассы DX-инга принимают и навигационные маяки Северной Америки на длинных волнах (ДВ), и телевидение Италии на ультракоротких (УКВ). Но такое бывает редко и достигается с трудом.

Легче же всего принимать радиостанции всего мира именно на КВ. Все, что для этого нужно, – радиоприемник (можно портативный) с KB-диапазонами и немного терпения. Иностранные приемники с КВ обычно имеют надпись World Wide Radio. Замечательно, если приемник оснащен цифровой шкалой – тогда вы точно будете знать частоту принимаемой радиостанции или хотя бы знать, где ее найти. Но на первых порах можно обойтись и более дешевым приемником с обычной шкалой и стрелкой на веревочке.

Очень скоро вы познакомитесь с особенностями прохождения радиоволн разных диапазонов и убедитесь, что днем на СВ и длинноволновой (нижней) части КВ дальних станций нет, зато в радиовещательных участках КВ диапазона 25, 19, 16, а иногда и 13 м удается услышать хоть Новую Зеландию! Верхняя граница прохождения (ее называют МПЧ – максимально применимой частотой, или MUF – maximal usable frequency) полностью определяется концентрацией электронов в ионосфере Земли, в конечном итоге – солнечной активностью.

Вечером и ночью ситуация радикально меняется. На СВ слышны столицы всех европейских государств, Ближний и Средний Восток. А на КВ «оживают» радиовещательные диапазоны 75, 60, 49, 41 и 31 м. В то же время «верхние» диапазоны замирают, и станций на них почти нет, кроме разве что местных. Итак, первое, что вы откроете для себя – обширную и не до конца еще исследованную науку о распространении радиоволн. Но прежде научитесь быстро и в уме переводить длину волны в частоту и обратно!

По определению, длина волны – это путь, проходимый волной за период излучаемых колебаний, λ = сТ, ведь радиоволны распространяются со скоростью света с = 300 000 км/с. А период колебаний Т обратно пропорционален частоте f. Поэтому λ = c/f. Чтобы не запутаться с большими числами, пользуйтесь формулой λ(м) = З00/f (МГц). Или для более низких частот λ(км) = З00/f (кГц). Теперь вы легко сосчитаете, что участок КВ-диапазона 60 м соответствует частоте 5 МГц.

Далее, вы по необходимости будете осваивать иностранные языки, и в первую очередь английский, считающийся в радиосвязи и вещании международным. Но очень много станций вещают и на немецком, и на испанском, и на других языках всего мира.

А еще дальше – прямой путь в мир радиотехники, поскольку возникнет множество вопросов: как бороться с помехами; какие использовать антенны и как их расположить; как выбрать оптимальное место для радиоприема; что такое параметры радиоприемника: чувствительность, селективность, реальная селективность, как их улучшить, а может быть, и вообще отказаться от фабричных приемников и своими руками построить то, что нужно? По этим вопросом уже выпущена масса книг и журналов, много сведений в Интернете.

На вопрос читателя: «Зачем все это, когда есть Интернет?» – отвечу: даже в позапрошлом веке уже были и почта, и телеграф. Но, послав телеграмму, вы ничего не узнаете о том, как устроена и как работает телеграфная линия, а останетесь просто потребителем. Лишь протянув простейшую телеграфную или телефонную линию к приятелю, сделав оконечную аппаратуру, вы поймете хоть что-нибудь в электричестве и встанете на первую ступеньку мастерства. Так будьте мастерами, оно того стоит!

Принимая разные, в том числе и дальние станции, вы приобщаетесь к культуре других стран, узнаете их историю, слушаете их музыку и значительно расширяете свои знания и кругозор. Однако можете получить и что-то вещественное в подтверждение ваших достижений.

Если вы составите краткий отчет о случае (случаях) приема, указав частоту (диапазон), силу и качество сигнала, укажете время и содержание передачи и вышлете его на открытке или в письме на адрес радиостанции, то в ответ вы получите красочную открытку, подтверждающую факт приема. Открытка называется QSL-карточкой (QSL-card).

Традиция возникла еще на заре радиотехники, когда радисты обменивались только телеграфными сообщениями и для ускорения связи создали множество кодов, среди них используемый и радиолюбителями трехбуквенный Q-код. QRA? – каков ваш адрес? QRA Moscow – я живу в Москве. QSL (Send Letter) – в нем обозначает письменное подтверждение факта радиосвязи или приема.

Один голландский любитель радиоприема, не имея своего позывного, все же напечатал открытку и рассылал ее принятым радиостанциям.

На составленной этим радиолюбителем карте мира помечены голубыми точками места расположения принятых радиостанций. Охвачен весь мир, исключая Сибирь, Чукотку (где радиостанций нет), Китай (откуда, возможно, не рассылали QSL) и Аляску! С Аляски, впрочем, теперь уже можно получить QSL.

Там, в местечке Гакона, построен центр для исследования ионосферы, имеющий огромное антенное поле и сверхмощные передатчики. Радиовещательных программ они не передают, но сигнал в виде импульсов различной длительности хорошо слышен по всему миру.

Некоторые ученые полагают, что установка не только научная, но еще и входит в военную систему противоракетной обороны (ПРО), а ее мощное излучение может вызывать также вредные геофизические и климатические явления.

Да не только с Аляски! QSL теперь можно получить даже из космоса, с Международной космической станции! Иногда, хоть и не часто, космонавты ведут передачи для радиолюбителей и проводят радиосвязи с коротковолновиками. Американское космическое агентство НАСА и аналогичные российские службы выделили для МКС специальные позывные, напечатанные на карточке.

В заключение несколько кю-эс-элек, как их ласково называют любители. Это QSL (см. фото на предыдущем развороте) из Москвы, Ганы, Зимбабве, Канады и с острова Сайпан в Тихом океане. Последняя станция вещает на Корею, Японию, Новую Зеландию и другие острова. На ее открытках – экзотическая птица, криком которой начинаются передачи, и антенная система радиостанции.

Как самому сделать простой коротковолновый приемник, вы узнаете, прочитав статью в рубрике «Заочная школа радиоэлектроники»

В . ПОЛЯКОВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

В ЧЕМ СЕКРЕТ ЛЕДИ ТЭТЧЕР. Одну из причин необычайной работоспособности бывшего британского премьер-министра Маргарет Тэтчер раскрыли исследователи из Медицинской школы Филадельфии Университета штата Пенсильвания. Как сообщила лондонская газета «Дейли телеграф», ученые обнаружили разновидность гена, который позволяет человеку спать особенно глубоко. Людям с таким геномом требуется меньше времени для того, чтобы восстановить свои силы. Маргарет Тэтчер входит в эту особую группу, представителям которой нужно около 4 часов сна или даже меньше, чтобы полностью восстановить силы.

На основе данного открытия ученые сейчас разрабатывают специальные тесты для формирования групп для работы в ночные смены на особо важных промышленных и оборонных объектах.

СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР И ЛУННЫЕ МОЛНИИ. Членам будущей лунной экспедиции, которые высалятся в приполярных районах Селены, придется опасаться… молний! Во всяком случае, такое предостережение обнародовал недавно американский физик Уильям Фаррелл.

Дело в том, что солнечный ветер – поток заряженных частиц от Солнца – электризует горные вершины, и в любой момент может произойти электрический разряд, способный повредить электронику, а то и саму оболочку скафандра.

ЕВА ПОСТАРЕЛА. Стараниями специалистов из университета Раиса прародительница всех людей Ева состарилась сразу на 60 тысяч лет. Речь, конечно, вдет не о библейском персонаже, а о так называемой митохондриальной Еве – гипотетической женщине, которая могла быть предком всех людей вида Homo sapiens.

Дело в том, что митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, а все изменения, которые в ней происходят, являются результатом редких мутаций. Проследив эти изменения, можно не только определить степень родства ныне живущих людей, но и приблизительно вычислить время, необходимое для накопления мутаций в той или иной популяции. Таким образом американские ученые выяснили, что наша прародительница могла жить 200 тысяч лет назад, а не 140 тысяч лет, как считалось ранее.

Впрочем, главная ценность открытия вовсе не в том, что исследователи уточнили «паспортные данные» древней Евы. Проведенные исследования помогли им по-иному взглянуть на развитие тех генетических болезней, которые сегодня считаются неизлечимыми, и попытаться найти способы исправления генов.

ЛЕНЬ И ОЖИРЕНИЕ. Британские медики Королевского колледжа здравоохранения пришли к выводу, что лень – это болезнь, которую нужно лечить. Логика их рассуждений такова.

Поскольку ожирение уже считается заболеванием, а первопричина его – человеческая лень, то и лечить нужно в первую очередь ее. Правда, если перевести лень из разряда недостатков в категорию болезни, то нужно искать от нее и лекарства. Пока же таблеток от лени нет.

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Вам шифровка…

Во многих шпионских фильмах показано, как агенты пользуются для передачи донесений всевозможными шифрами. А нашумевшая книга Дэна Брауна «Код да Винчи» и поставленный по ней фильм и вообще целиком посвящены расшифровке некоего послания. Не могли бы вы рассказать хотя бы вкратце, как составляются шифровки?

Андрей Хотенов, г. Архангельск

Весь секрет – в замене

Шифровать написанное люди начали с глубокой древности. Например, Леонардо да Винчи пользовался так называемым зеркальным письмом. Дело в том, что он был левшой, а потому ему было удобно писать так, что текст представал таким, каким мы обычно видим его в зеркале – сразу и не поймешь, что написано.

А вот иной пример простейшего шифра, известного издавна. Перенумеруйте все буквы алфавита в прямом или обратном порядке и при шифровании заменяйте буквы цифрами. Попробуйте, кстати, прочитать, что зашифровано в послании, показанном на рисунке.

Подобным образом поступал и один из героев рассказа Конан Дойля «Пляшущие человечки». Только буквы там заменялись рисованными символами. Заодно из рассказа вы узнаете, как расшифровываются подобные шифры – с помощью законов статистики, используя частоту повторяемости при письме тех или иных букв.

Иное дело, если вы примените книжный шифр. Договоритесь, например, с приятелем, что первая цифра шифрованного послания будет обозначать, какую именно из трех или, например, пяти заранее оговоренных книг вы используете для кодирования. Второе число будет указывать номер страницы в этой книге. А далее пойдут группы из четырех цифр. Первые две будут указывать номер строки на странице, считая сверху (или снизу), а вторые две – какая буква слева (или справа) взята вами в этой строке.

Шифровать послание при помощи такого шифра – довольно кропотливое дело, но расшифровывать его еще сложнее. Если не знать, о какой книге идет речь, то задача по плечу разве только компьютеру.

Одноразовый блокнот

Впрочем, еще задолго до изобретения компьютеров, в 1917 году, сотрудник подразделения компании AT&T, позднее ставшего знаменитой Bell Lab, Гильберт Вернам, придумал идеальный способ шифрования, получивший название «одноразовый блокнот». Он же математически доказал, что сообщения, зашифрованные этим способом, являются абсолютно невскрываемыми.

Способ состоит в том, что в качестве основы шифра используются истинно случайные последовательности букв достаточной длины (не короче самого текста). Если взять такую последовательность и сложить каждый ее символ с каждым символом исходного текста (конечно, складываются номера букв, а не сами буквы), то полученная шифровка, представляющая собой ряд сумм двух слагаемых, будет также состоять из случайных символов. И потому, не зная шифрующей последовательности, ее не сможет расшифровать никто и никогда.

На практике, однако, такую замечательную придумку осуществить непросто. Слабое место этой системы – существование самих «одноразовых блокнотов». Стоит у агента обнаружить такой блокнот – и пиши пропало: все тайное станет явным.

В истории криптографии – науке о шифрах – известен случай, когда в августе 1941 года ошибся немецкий шифровальщик, применив один и тот же ключ дважды.

Эта ошибка и позволила в конечном итоге английским криптографам расшифровать текст, а затем и воссоздать схему шифратора Lorenz Schlusselzusatz 40, которым пользовались верховные чины вермахта.

Наконец, сама последовательность цифр в каждой строке, на каждой странице блокнота должна быть истинно случайной, а это требование сложно соблюсти даже с использованием компьютеров. В общем, такая система на практике может быть использована в исключительных случаях. Как вспоминают специалисты, во времена СССР с помощью «одноразовых блокнотов» шифровалась переписка президентом США и генеральным секретарем ЦК КПСС. Но там обмен совершенно секретными посланиями происходил не так уж часто.

Век электронных шифров

Коль все так сложно, то, может быть, ну их – эти шифры! Зачем они нам?..

И вот тут выясняется, что теми или иными шифрами в наши дни волей-неволей приходится пользоваться каждому из нас. Взгляните хотя бы на свой мобильник. Выключив его, вы сможете снова включить его в сеть, лишь набрав некий секретный код. А банковские карточки с их пин-кодами… А электронные подписи…

Доступ в компьютерную память многие люди тоже закрывают особым паролем. И, кстати, правильно делают, если не хотят, чтобы их потаенные мысли, идеи или расчеты стали достоянием гласности раньше, чем того захотят их авторы.

Правда, у многих система шифрования, прямо сказать, наивна. Наиболее распространенные пароли – дата и год своего рождения, собственное имя или кличка собаки… Такие пароли взламываются за несколько минут.

Но существуют ли вообще идеальные способы шифровки? Теоретики начали размышлять над этим вопросом еще в начале прошлого века. Кроме Вернама, этой проблемой занимались лучшие умы мира, и многие их работы и по сей день остаются засекреченными. Эго положение обусловлено тем, что теоретические достижения криптографов, в общем, не устаревают. Кроме того, схемы механических шифраторов действительно следовало строго охранять – по самому принципу их устройства. Но с приходом компьютеров криптографы перестали полагаться на тайну самого алгоритма и всегда исходят из того, что противнику он известен. Секретность должна обеспечиваться качеством шифровки, и тогда противник потратит на расшифровку такое количество времени, что сама шифровка станет неактуальной.