Sonar: zvukem pod hladinou i v medicíně

Publikuje: Nikola Macáková — 04. 01. 2025
Zdroj: Nikola Macáková - redakční text
Úvodní stránka » Objevy a vynálezy » Sonar: zvukem pod hladinou i v medicíně

Sonar, využívající zvukové vlny k navigaci a zaměřování, hraje klíčovou roli pod vodou i v lékařství. Od detekce ledovců po vyšetřování nenarozených dětí – objevte jeho fascinující historii.

Sonar, zkratka z anglického „Sound Navigation And Ranging“ (zvuková navigace a zaměřování), funguje na podobném principu jako radar, avšak namísto radiových vln využívá vlny zvukové. Jeho uplatnění je nejvýznamnější pod vodou, kde mají radiové vlny omezený dosah, zatímco zvuk se šíří efektivněji. Proto se sonary hojně využívají například v ponorkách.

Kromě námořnictví našel sonar uplatnění i v medicíně, konkrétně v ultrazvukové diagnostice. Sonografická vyšetření, založená na principu sonaru, umožňují neinvazivní zobrazení vnitřních orgánů, a především jsou nepostradatelná při prenatálních vyšetřeních, tedy vyšetřování nenarozených dětí v těle matky.

Fascinující je, že přírodní obdobu sonaru, echolokaci, využívají i někteří živočichové, například netopýři a kytovci. Echolokační schopnosti se vyvinuly dokonce i u některých ptáků, jako je jihoamerický gvačaro jeskynní a jihoasijská salangana ostrovní, kteří pomocí krátkých zvukových signálů navigují ve složitých jeskynních systémech.

Myšlenka využití zvuku k určení vzdálenosti se objevila již u Leonarda da Vinci. Nicméně, první pasivní sonarové zařízení, sloužící k detekci ledových ker, sestrojil až v roce 1906 Lewis Nixon. Toto zařízení pomáhalo v navigaci v oblastech s nebezpečím ledovců i za tmy.

S vypuknutím první světové války a s nástupem ponorkové hrozby se zájem o sonar rapidně zvýšil. V roce 1915 přišel francouzský fyzik Paul Langevin s aktivním sonarem, určeným k detekci ponorek. Jeho zařízení, využívající piezoelektrických vlastností křemene, sice nezasáhlo do bojů první světové války, ale jeho principy významně ovlivnily další vývoj sonarové technologie.

Zpočátku se sonary skládaly pouze z pasivních poslechových zařízení, která nevysílala žádné signály. Kolem roku 1918 se objevily první aktivní systémy, vyvíjené jak v Británii, tak v USA. Aktivní sonar vysílá zvukový signál (často označovaný jako „ping“) a následně zaznamenává jeho odrazy od objektů.

Moderní sonarové systémy zahrnují i akustické komunikační systémy, které využívají jak vysílač (projektor akustických vln), tak přijímač na obou stranách komunikační trasy. Vývoj akustických měničů a efektivních akustických projektorů umožnil vznik pokročilejších forem sonaru.

Termín „sonar“ se poprvé objevil v USA během druhé světové války. Je to zkratka slov „Sound, Navigation and Ranging“. Britové pro sonar používali označení „ASDIC“, zkratku pro „Anti-Submarine Detection Investigation Committee“ (Výbor pro vyšetřování detekce ponorek). Postupem času se vyvinuly různé typy sonaru, například hloubkový detektor, rychloskenovací sonar, boční skenovací sonar a WPESS (Pulsektronické sektorové skenování).

Rozlišujeme dva hlavní druhy sonaru: aktivní a pasivní. Aktivní sonar vysílá zvukový impuls (ping) a následně analyzuje odrazy tohoto impulzu. Impuls může mít konstantní frekvenci nebo se může frekvence měnit (tzv. „chirp“). V případě chirpu přijímač porovnává frekvenci odrazů se známým průběhem vyslaného signálu. Tato technika umožňuje získat detailnější informace, než by bylo možné s krátkým impulzem o stejném výkonu. Obecně platí, že aktivní sonary pro detekci na velké vzdálenosti využívají nižší frekvence. Vzdálenost k objektu se pak určuje měřením času mezi vysláním a přijetím signálu.

Pasivní sonar naopak pouze naslouchá okolním zvukům bez vysílání vlastních signálů. Využívá se především ve vojenství, ale i v některých vědeckých aplikacích. Pasivní sonarové systémy často pracují s rozsáhlými databázemi zvuků, které počítačový systém využívá k identifikaci typů lodí, jejich činnosti (např. rychlost nebo typ vypuštěné zbraně) a dokonce i jednotlivých plavidel.

Inovace a nové směry v sonarové technologii

Vývoj sonarové technologie po druhé světové válce zaznamenal značný pokrok díky novým objevům v elektronice a akustice. Zavedení tranzistorů a později integrovaných obvodů umožnilo miniaturizaci a zvýšení výpočetního výkonu sonarových systémů. To vedlo k vývoji sofistikovanějších algoritmů pro zpracování signálu a k vylepšení detekčních schopností sonaru. Důležitým milníkem byl vývoj fázovaných polí. Tato technologie spočívá v použití mnoha malých hydrofonů uspořádaných do pole, které umožňují elektronické směrování a zaostřování zvukového paprsku. Fázovaná pole umožnila podstatně přesnější lokalizaci cílů a zlepšila odolnost proti rušení. Tato technologie se stala standardem u moderních vojenských sonarů.

V 60. a 70. letech 20. století se výzkum zaměřil na vylepšení pasivních sonarů. Byly vyvinuty pokročilé metody pro analýzu zvukových spekter a pro identifikaci různých typů plavidel na základě jejich akustických charakteristik. To umožnilo ponorkám detekovat a sledovat nepřátelské lodě na mnohem větší vzdálenosti, aniž by samy prozradily svou pozici.

Kromě vojenského využití se sonar stále více uplatňoval i v civilní sféře. V oceánografii se sonary používají k mapování mořského dna, k výzkumu mořských proudů a k monitorování mořského života. V rybolovu se sonary používají k lokalizaci rybích hejn. V oblasti geologie se sonary používají k průzkumu podmořských ložisek nerostných surovin a k monitorování geologické aktivity. V archeologii se sonary používají k vyhledávání vraků lodí a potopených měst.

Významným pokrokem v sonarové technologii bylo zavedení syntetické apertury sonaru (SAS). Tato technika využívá pohybující se sonar k vytvoření virtuálně většího pole hydrofonů, což vede k výraznému zlepšení rozlišení obrazu. SAS se používá například pro detailní mapování mořského dna a pro vyhledávání malých objektů.

V posledních letech se výzkum v oblasti sonaru zaměřuje na vývoj multifunkčních systémů, které kombinují aktivní a pasivní sonar s dalšími senzory, jako jsou například magnetometry a optické kamery. Cílem je vytvořit komplexní systémy pro monitorování podmořského prostředí a pro detekci a identifikaci různých hrozeb. Dále se zkoumají možnosti využití umělé inteligence a strojového učení pro automatickou analýzu sonarových dat a pro zlepšení detekčních schopností.


Použité zdroje: wikipedia.org, cs.eferrit.com, thoughtco.com, insight.ieeeusa.org, temata.rozhlas.cz
Dále použity redakční informace a zdroje – redakční text *
„Text byl částečně vypracován s využitím jazykového modelu Gemini od společnosti Google.“
Dále byla provedena redakční kontrola detekce pasní AI ve službě modulu GPTZero.

Aktuální témata:
Načítám témata...
Načítám články...
logo Dějiny světa

O nás

Internetový on-line magazín DějinySvěta.cz se zaměřuje na fascinující události a příběhy ze světové historie. Publikujeme autorské články o významných osobnostech, starověkých civilizacích i moderních dějinách. Naše rubriky pokrývají středověk, novověk, společnost a tradice. Nabízíme čtenářům hlubší pohled na klíčové události, které tvoří lidstvo. Neustále rozšiřujeme obsah o nová témata pro všechny milovníky historie.

DějinySvěta jsou partnerským projektem internetového zdravotnického magazínu ZdravíŽivot a webu UdálostiExtra.

Rychlý kontakt: redakce@dejinysveta.cz

Sledujte nás

Vyhledávání
Zavřít reklamu