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サイエンス

世界最小の耳「ナノイヤー」、バクテリアの音を聴けるようになるかも 29

ストーリー by reo
地獄耳 部門より

danceman 曰く、

このほど開発された世界最小の耳「ナノイヤー」は、人間の可聴限界値の 100 万倍以上も小さい音を拾うことができるという。バクテリアの活動音を聴くことも将来的には可能となるようだ (Science News の記事より) 。

「ナノイヤ」は 1986 年に発明された光ピンセット技術をベースにしており、水中に沈めた直径 60 ナノメートルの金微細粒子をレーザー光で捕捉し、その粒子を通り過ぎていく音波によって粒子が前後する幅を測ることで音を検出することができるのだそうだ。

ミュンヘン大学の光物性物理学者の Jochen Feldmann 氏率いる「ナノイヤー」開発チームによれば、ナノイヤーを三次元列に配置することで、細胞またはバクテリヤやウィルスといった微生物が動いたり呼吸する際に発生される音響振動をとらえることができるだろうとのこと。「音響顕微鏡検査」という医療における全く新しい分野を切り開くことになるのかもしれない。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • by alternative (23238) on 2012年01月17日 11時27分 (#2081850)

    小学校の卒業式で歌った曲にあった、夜明けに花が開く音と小麦が畑で育つ音と地球が大きく回る音は聞けますか?

  • by Anonymous Coward on 2012年01月17日 12時36分 (#2081920)

    ナ~ノのちから~てにい~れた~

    #しまった、発想がreoと一緒だ

  • by Anonymous Coward on 2012年01月17日 10時23分 (#2081795)

    小さい音が聞こえる気がするのは私だけでしょうか?
    この装置自体もかなりの大きさにはなるんでしょうけど。

    • by gonzo (38147) on 2012年01月17日 10時51分 (#2081815)

      集音という意味では大きい方が有利だと思いますが、
      極小さい音では大きな鼓膜を振動させづらいので、小さい方が有利になるのかと。

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        小さい音を拾うために鼓膜は小さいのではなくて、小さい音を拾えるために
        拡大する仕組みとしてあぶみ骨 [wikipedia.org]という別の仕組みがあるのですよ。

      • by Anonymous Coward

        音圧というのは圧力なので、面積に比例するから
        小さければ小さい力で、大きければ大きい力で押
        されます。だから小さければよりわずかな音が拾
        えるわけではないです。

        小さいと軽いので振動しやすくなるため、より
        高い音が拾えることになります。

    • この装置は「新しい鼓膜」を作ったのであって「新しい耳たぶ」を作ったのではありません。

      そして人間ですら鼓膜は小さなものです。

      --
      fjの教祖様
      親コメント
      • by Anonymous Coward

        一般的な認識では、微かなものを検出するには大きな装置が必要になるという認識だろう。
        巨大な望遠鏡がいい例。

        ナノテクはこれを覆す可能性があるだろう。

        光や電磁波においても特定の波長に共振する分子により、分子の振動を検出することで
        微かな光を検出することが可能になるかもしれない。

        • 巨大な望遠鏡がいい例。

          望遠鏡もその大半は「耳たぶ」の部分で、そこがでかいのにすぎません。(耳たぶを動かす装置もバカでかいが)

          光を記録するフィルムや光センサー部は小さいでしょ?

           

          この装置も、振動を拾う部分は小さいですが、振動を検出する装置はでかいですし、それを分析する機械はもっとでかいです。

          というか、この手のものは一般的に「振動を拾う部分」が一番小さく、軽く、感度がよくできているのです。そこが振動なりなんなりをもっと都合がよい形式に変換していて、これを称して「センサー」と言う。

          その「センサー」に観察したいものを集約させる装置も、センサーが変換した結果を検知/増幅する部分、並びにそれ以降の分析装置も、バカでかいのが普通です。

          で、このニュースは「新しいセンサーが出来た―」というものです。

          --
          fjの教祖様
          親コメント
          • by Anonymous Coward

            > 望遠鏡もその大半は「耳たぶ」の部分で、そこがでかいのにすぎません。(耳たぶを動かす装置もバカでかいが)

            望遠鏡が大きくなるのは高周波成分の検出に必要だからで、
            集音のために「耳たぶ」が大きくなるのとは違いますよ。

            信号の解像とゲインは全く別の話です。

            • 解像度を上げるには「集音」同様、エネルギーの集約が必要です。
              この二つは同じものですよ(集め方が粗雑だと解像度が下がるのも含めて、ね)

              --
              fjの教祖様
              親コメント
              • by Anonymous Coward

                解像度と言われているのは、おそらく分解能のこと
                だと思うのですが、これは光の回折による限界の
                ことです。

    • by Anonymous Coward

      A →|

      B:Aの2倍の面積
       →|
       →|

      面積が大きくなっても音圧(=音の大きさ)が同じならそれを受けた板
      (=鼓膜)の振幅は同じ。
      板(=鼓膜)の密度や厚さも同じであることが前提ですが。

      他コメントにある小さい鼓膜のほうが小さい音が聞こえるというのは意味不明。

      耳では耳介で集約した音圧を、耳道というせまい管に通して圧力を
      上げているので、耳介が大きくて耳道が狭いほうが小さい音が
      聞こえる(=鼓膜の振り幅が大きい)ことになる。

  • by Anonymous Coward on 2012年01月17日 10時24分 (#2081796)

    水中の微粒子というとブラウン運動を思い起こすのですが、ブラウン運動がノイズとなって聞こえたりしないのでしょうか?
    60nmじゃまだ大きくてノイズになるような動きはしない?

    • Re:ブラウン運動 (スコア:4, 参考になる)

      by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 2012年01月17日 11時47分 (#2081868) 日記

      論文見たら,非常にノイジーです.
      実験としては一定周波数の音を当てたり,一定周期で加熱用レーザーを照射(チョッパーで周期的に切り出してる)して,その熱が振動に変わる分を拾うということをやっています.で,フーリエ変換して,その特定周波数成分を見るとちゃんとピークが出てるよ,と.

      20Hzで弱く音が出ているものをこれで測定してフーリエ変換すると,広い周波数領域に広がったホワイトノイズの汚いベースラインから,20Hzの部分だけちょこっとピーク状に飛び出して見えているわけですね.

      音の補足能力としては-60dB相当?だそうです.音響分野はあまり詳しくないんでこれが凄いのかどうだかよく分かりませんが,「人間は20dBのノイズがある部屋で0dBの音が聞こえると言うが,それより6桁良い」とか書いてあります.
      #dBが10変わると音のエネルギーが1桁変わるんでしたっけ?

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        20Hzくらいのゆっくりした生命活動なら拾えるということですね。
        熱雑音については観察系のレーザーで抑える(レーザー冷却)という
        技もありかな。

        • by Anonymous Coward

          > 20Hzくらいのゆっくりした生命活動なら拾えるということですね。

          この実験だと実証目的でリファレンスにできる信号をまず作らなきゃ
          ならないんで、そっち(間欠照射のレーザーで加熱→振動発生)で
          制限されている可能性もありますね。

          検出側だけだとどうなんだろ?

    • 一つだけならノイズとの分離は難しいでしょうが、何百個も並べてやれば共通部分を取り出せるって事では。

      --
      fjの教祖様
      親コメント
      • by yu-maru (34876) on 2012年01月17日 12時03分 (#2081884) 日記
        何百個並んだ微生物の発する音の共通部分。

        ・・・「かもすぞ~」とか?

        #もやしもんネタはまだ出てなかった。
        親コメント
      • by Anonymous Coward

        ここまで来ると、鼓膜としての粒子一つの熱振動が問題になってきそう。
        そこまでの物かどうかわかりませんが。

        • by guchis (27687) on 2012年01月17日 19時02分 (#2082161) 日記

          むちゃくちゃ熱運動してるはずですよ。

          で、ブラウン運動で粒子が飛んでいかないように光ピンセットでおさえつつ、そのレーザーを利用して同時に超高精度に位置決めしている、ということではないでしょうか。
          光ピンセットでおさえていても、まだ熱運動は大きいはずで、これは多数の粒子を平滑化して消しているのでしょう。

          あまり強く抑えてしまうと小さな音圧による変位を妨げると思うので、ゆるーく抑える必要があるのと、そうすると熱運動が大きくなるので(まさに)雑音が大きくなる。そのあたりの兼ね合いがカギなのではないでしょうか。

          親コメント
    • by Anonymous Coward

      ブラウン運動も生データとしては検出されるけれど、信号処理で軽減されるのではないでしょうか?
      複数の粒子を測定するみたいなので、ノイズは単純に平均化されて消える?

  • by Anonymous Coward on 2012年01月17日 10時46分 (#2081812)

    大きい音の成分だけを捨てることは出来るのか?
    もしくは他の振動をバクテリアの動作で生まれる振動以下にするのか。

    • デジタル処理としてそれらを引っぺがすのはむしろ簡単でしょう。

      --
      fjの教祖様
      親コメント
      • by Anonymous Coward

        大きすぎる音に対しては、粒子の慣性によりエコーのような状況になるので、
        エコーキャンセラのような処理が必要かも。

        でも元々どんな音か聞きたいわけではなくて、音が発生しているかどうか
        を検出したいレベルなら、そういう処理は不要だよね。

  • by Anonymous Coward on 2012年01月17日 19時19分 (#2082173)

    周波数特性とか
    あとその評価方法とか

    どうなんですかね

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