Kan lyd bruges som et våben?

Redaktørens note:Regeringen og akademiske efterforskere fortsætter med at undersøge rapporter fra Cuba om, at starter i 2016 og fortsætter gennem 2017, Amerikanske og canadiske diplomater og turister kan have været udsat for et "sonisk våben, "skade deres hørelse, forårsager kvalme, taleproblemer og potentielt endda lettere hjerneskader.

Elektroingeniør- og datalogiprofessorer Wenyuan Xu fra Zhejiang University og Kevin Fu fra University of Michigan forklarer deres forskning, hvilket antyder et mere sandsynligt scenarie med sjusket teknik, og hvad ultralydsfrekvenser (som kan bruges til at transmittere information indsamlet af lytteapparater), der rejser gennem luften, kan – og ikke kan – gøre.

1. Hvad er ultralyd nyttigt til?

Den mest almindeligt kendte anvendelse af ultralyd – højfrekvente lydbølger, som menneskelige ører ikke kan høre – er et medicinsk udstyr, der bruges til at undersøge et foster under graviditet. Men der er masser af andre anvendelsesmuligheder.

Mange kontorer har tilstedeværelsessensorer, der bruger ultralyd til at registrere bevægelse og holde lyset tændt, når nogen er i et rum, og slukkes, når der ikke er nogen i nærheden. Disse sensorer fungerer ved frekvenser som 32 kilohertz, langt over, hvad det menneskelige øre kan høre - hvilket er et område fra 20 hertz til 20 kilohertz.

Andre produkter bruger ultralyd til at levere målrettet lyd, for eksempel at lade et museum afspille en optagelse for besøgende i et område af en udstilling uden at forstyrre andre i nærheden. Elektroniske skadedyrsmidler bruger ultralyd til at holde gnavere eller insekter på afstand.

Et lignende produkt kan endda bruges til at sprede teenagere; aldring har en tendens til at reducere folks evne til at høre højfrekvente lyde, så en noisemaker kan genere unge mennesker, uden at voksne overhovedet opdager det. (Dette har også givet teenagere mulighed for at lave smartphone-ringetoner, som deres ældre ikke kan høre.)

2. Hvad kan gå galt med ultralyd?

Luftbåren ultralyd er ikke i sig selv dårligt. Men det kan gå galt. En tidligere kollega til Kevin plejede at høre mærkelige lyde fra sit høreapparat, når han var i rum med tilstedeværelsessensorer, sandsynligvis fordi høreapparatets elektronik forkert konverterede ultralyden til hørbare lyde. Disse lyde var irriterende, men ikke skadeligt. Et lignende problem plettede en af ​​vores studerendes forskning, udført i et rum, uden at han ved det, havde en ultrasonisk rumbelægningssensor i loftet.

Både ultralyd og lyd, der kan høres af mennesker, kan også påvirke elektronikken. For eksempel, en af ​​os har udført forskning, hvor omhyggeligt udformede ultralydssignaler hemmeligt aktiverer stemmestyringssystemer, selv at låse en iPhone op med en lydløs "Hey Siri"-kommando, og beder den foretage et FaceTime-opkald.

Lyd kan også påvirke den fysiske verden, som når en sangerinde knuser et vinglas. Mikroelektriske mekaniske sensorchips – såsom accelerometre, der bruges i bilairbagsystemer og smartphones, og gyroskoper i droner - er modtagelige for den samme interferens. Disse systemer kan angribes med lyd, styrtede ned med en drone undervejs, eller narre en smartphone om den bevæger sig.

3. Bør folk bekymre sig om ultralyd, der forårsager legemsbeskadigelse?

Det er velkendt, at lyde, der er for høje, kan skade folks ører og hørelse. Imidlertid, der er få tegn på, at ultralyd forårsager legemsbeskadigelse uden langvarig, direkte fysisk kontakt ved høj intensitet. Hvis du ved et uheld bliver udsat for ekstremt intens ultralyd (såsom når du holder en ultralydsbuesvejser), du kan opleve en irritation som hovedpine eller midlertidigt tab af balance.

Akademikere er uenige om sikre niveauer af luftbåren ultralyd. US Occupational Safety and Health Administration advarer om potentielle sundhedsrisici fra hørbare subharmoniske biprodukter fra ultralyd, mere end selve ultralyden.

Mange dyr kan høre højere frekvenser end mennesker. Hunde kan høre højere fløjter, for eksempel. En af vores elever lagde mærke til, at hans kæleskildpadder ville begynde at danse rytmisk, når han udførte ultralydseksperimenter!

4. Hvad kan der være sket i Cuba?

I begyndelsen af ​​2017 Amerikanske diplomater i Cuba rapporterede, at de hørte mærkelige metalliske lyde, og lider af høretab og andre neurologiske skader. Senere rapporter om lignende effekter kom fra canadiske diplomater og turister fra både Canada og USA. Mulige forklaringer har varieret:Nogle har påstået, at Cuba brugte et ukendt sonisk våben, mens andre har givet "massehysteri" skylden.

Vores forskning giver en ny forklaring, som ikke tidligere har været overvejet af andre:Den sande årsag kunne have været udstyr, der forsøgte at lytte til diplomaternes og de besøgendes samtaler.

Vi var i stand til at bruge ultralydstoner til at skabe lyde som dem, der blev beskrevet og optaget i Cuba. Ingen enkelt ultralydstone ville gøre dette, men som med musikalske kombinationstoner, at kombinere mere end én kan skabe hørbare biproduktlyde, herunder ved et uheld.

Yderligere, vi skabte en proof-of-concept aflytningsenhed, der kunne optage hørbare samtaler og overføre optagelserne til et nærliggende overvågningshold over en uhørlig ultralydsforbindelse. Da vi placerede en anden uhørbar ultralydsenhed i området, vi var i stand til at skabe interferens – teknisk kaldet "intermodulationsforvrængning" – mellem de to signaler, der lavede lignende lyde som dem, der blev optaget i Cuba. Vi var endda i stand til at styre lydstyrken af ​​de hørbare lyde ved at variere styrken af ​​ultralydssignalerne.

Uden yderligere beviser, vores forskning identificerer ikke, hvad der faktisk skete i Cuba, men det giver en plausibel forklaring på, hvad der kunne være sket, også selvom aflyterne ikke forsøgte at skade folk.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.