How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

Translator: Farid Rajabi Reviewer: shirin etebar

In a pitch-black cave, bats can’t see much.

در یک غار تاریک، خفاش‌ها چیز زیادی نمی‌بینند.

But even with their eyes shut,

ولی حتی با چشم‌های بسته هم

they can navigate rocky topography at incredible speeds.

می‌توانند با نقشه‌برداری از سنگ‌ها، به سرعت راه خود را پیدا کنند.

This is because a bat’s flight isn’t just guided by its eyes,

این امر به این دلیل است که پرواز خفاش نه تنها به کمک چشمانش کنترل نمی‌شود،

but rather, by its ears.

بلکه با گوش‌هایش هم کنترل می‌شود.

It may seem impossible to see with sound,

غیرممکن به نظر می‌رسد که بتوانیم از طریق صدا ببینیم،

but bats, naval officers, and doctors do it all the time,

ولی خفاش‌ها، افسرهای نیروی دریایی و پزشک‌ها همیشه این کار را می‌کنند،

using the unique properties of ultrasound.

با استفاده از خواص ویژه‌ی فراصوت.

All sound is created when molecules in the air, water,

همه‌ی صداها زمانی تولید می‌شوند که مولکول‌های هوا، آب

or any other medium vibrate in a pulsing wave.

یا هر ماده‌ی دیگری بصورت یک موج، به لرزش درمی‌آیند.

The distance between each peak determines the wave’s frequency,

فاصله‌ی بین قله‌ها فرکانس موج را تعیین می‌کند،

measured as cycles per second, or hertz.

که به ازای دوره بر ثانیه یا همان هرتز اندازه‌گیری می‌شود.

This means that over the same amount of time,

به این معناست که در بازه زمانی یکسان

a high frequency wave will complete more cycles than a low frequency one.

یک موج با فرکانس بالا دوره‌های بیشتری نسبت به فرکانس کم، کامل می‌کند.

This is especially true of ultrasound,

این موضوع درباره فراصوت هم درست است

which includes any sound wave exceeding 20,000 cycles per second.

که موج‌هایی با بیش از ۲۰,۰۰۰ دوره بر ثانیه را شامل می‌شود.

Humans can't hear or produce sounds with such high frequencies,

انسان‌ها نمی‌توانند صداها با چنین فرکانس‌های بالایی را بشنوند یا تولید کنند،

but our flying friend can.

ولی دوست بال‌دارمان می‌تواند.

When it’s too dark to see, he emits an ultrasound wave with tall peaks.

وقتی خیلی تاریک است، موجی فراصوت با قله‌های بلند منتشر می‌کنند.

Since the wave cycles are happening so quickly,

از آنجایی که امواج متناوب و بسیار سریع تکرار می‌شوند،

wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

موجی پس از دیگری از سطوح بازتاب می‌شود.

Each wave’s tall peak hits every nook and cranny,

قله‌ی هر موج به گوشه‌ها و شکاف‌ها برخورد میکند،

producing an echo that carries a lot of information.

و بازتابی تولید می‌کند که اطلاعات زیادی را با خود حمل می‌کند.

By sensing the nuances in this chain of echoes,

با شناسایی تفاوت‌های ظریف در زنجیره‌ی بازتاب‌ها،

our bat can create an internal map of its environment.

خفاش ما می‌تواند نقشه‌ی داخلی محیط اطرافش را بسازد.

This is how bats use sound to see,

خفاش‌ها به این شکل از صدا برای دیدن استفاده می‌کنند

and the process inspired humans to try and do the same.

و انسان‌ها از این فرآیند الهام گرفتند و آن را امتحان کردند.

In World War One, French scientists sent ultrasound beams into the ocean

در جنگ جهانی اول، دانشمندان فرانسوی امواج فراصوت را داخل اقیانوس می‌فرستادند

to detect nearby enemy submarines.

تا زیردریایی‌های دشمن که در آن نزدیکی بودند را شناسایی کنند.

This early form of SONAR was a huge success,

نوع اولیه‌ی سونار یک موفقیت بزرگ بود،

in large part because sound waves travel even faster through mediums

چون امواج صوتی در محیط‌هایی که مولکول‌ها به یکدیگر نزدیک‌تر هستند

with more tightly packed molecules, like water.

مانند آب، سریع‌تر عبور می‌کنند.

In the 1950s, medical professionals began to experiment with this technique

در دهه‌ی ۱۹۵۰، متخصصان پزشکی شروع به استفاده از این تکنیک

as a non-invasive way to see inside a patient’s body.

به عنوان روشی غیرتهاجمی برای مشاهده‌ی داخل بدن بیمار کردند.

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage,

امروزه، تصویربرداری فراصوت برای تعیین میزان آسیب اعضای بدن،

measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors,

اندازه‌گیری ضخامت بافت و شناسایی سنگ‌های كيسه صفرا، تومورها

and blood clots.

و لخته‌های خون استفاده می‌شود.

But to explore how this tool works in practice,

برای اینکه متوجه شویم این ابزار چگونه کار می‌کند،

let’s consider its most well-known use— the fetal ultrasound.

کاربرد شناخته‌شده‌ی آن را در نظر می‌گیریم— سونوگرافی جنین.

First, the skin is covered with conductive gel.

ابتدا، پوست با ژلی رسانا پوشانده می‌شود.

Since sound waves lose speed and clarity when traveling through air,

چون امواج صوتی، هنگام عبور از هوا، سرعت و وضوح خود را از دست می‌دهند،

this gooey substance ensures an airtight seal

این ماده چسبناک مانند یک دریچه هوابند

between the body and the wand emitting ultrasound waves.

بین بدن و میله‌ی منتشرکننده‌ی امواج فراصوت(پروب)، عمل می‌کند.

Then the machine operator begins sending ultrasound beams into the body.

سپس دستگاه ارسال پرتوهای سونوگرافی به داخل بدن را آغاز می‌کند.

The waves pass through liquids like urine, blood, and amniotic fluid

امواج از مایع‌هایی مثل ادرار، خون و مایع آمنیوتیک

without creating any echoes.

بدون بازتابش، عبور می‌کنند.

But when a wave encounters a solid structure, it bounces back.

ولی وقتی که موج به ساختار جامد برخورد می‌کند، بازتاب می‌شود.

This echo is rendered as a dot on the imaging screen.

این بازتابش، به‌صورت یک نقطه در صفحه نمایش ارائه می‌شود.

Objects like bones reflect the most waves,

اجسامی مثل استخوان‌ها اکثر امواج را بازتاب می‌کنند،

appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

که نقطه‌های متراکم شکل‌های سفید روشن تشکیل می‌دهند.

Less dense objects appear in fainter shades of gray,

اجسمام با تراکم کمتر به‌صورت سایه‌های کم‌رنگ خاکستری دیده می‌شوند،

slowly creating an image of the fetus’s internal organs.

که به مرور، تصویر اعضای بدن جنین تشکیل می‌شود.

To get a complete picture,

برای گرفتن تصویری کامل،

waves need to reach different depths in the patient’s body,

امواج باید به لایه‌های مختلف بدن بیمار نفوذ کنند،

bypassing some tissues while echoing off others.

از بعضی بافت‌ها عبور کرده در حالی که از بقیه بازتاب می‌شوند.

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper

از آنجا که، امواج با فرکانس کم عمیق‌تر نفوذ کرده

than short, high frequency ones,

و فرکانس‌های بالا کمتر نفوذ می‌کنند،

multiple frequencies are often used together

معمولا فرکانس‌های گوناگون با یکدیگر استفاده می‌شوند

and composited into a life-like image.

و به‌صورت یک تصویر واقعی، ادغام می‌شوند.

The operator can then zoom in and focus on different areas.

اپراتور می‌تواند روی نواحی مختلف بزرگ‌نمایی و تمرکز کند.

And since ultrasound machines send and receive cascades of waves in real time,

چون دستگاه‌های فراصوت در هر لحظه آبشاری از امواج را ارسال و دریافت می‌کنند،

the machine can even visualize movement.

دستگاه حتی می‌تواند حرکت را نیز نشان بدهد.

The waves used for medical ultrasound range from 2 million to 10 million hertz—

امواج فراصوت مورد استفاده در پزشکی بین ۲ میلیون تا ۱۰ میلیون هرتز هستند،

over a hundred times higher than human ears can hear.

بیش از صد برابر صدایی که گوش‌های انسان می‌تواند بشنود.

These incredibly high frequencies create detailed images

این فرکانس‌های فوق‌العاده بالا تصاویر دقیقی ایجاد می‌کنند

that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations

که به پزشکان اجازه می‌دهد کوچک‌ترین انحرافات رشدی

in the brain, heart, spine, and more.

در مغز، قلب، ستون فقرات و سایر اعضا را تشخیص دهند.

Even outside of pre-natal care,

به جز مراقبت پیش از زایمان،

medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

سونوگرافی نسبت به فناوری‌های مشابه، مزایای زیادی دارد.

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures,

برخلاف تصویربرداری با اشعه یا روش‌های جراحی باز،

ultrasound has no known negative side effects when used properly.

سونوگرافی در صورت استفاده صحیح، هیچگونه عوارض جانبی منفی شناخته‌شده‌ای ندارد.

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves

در سطوح بسیار بالا، گرمای ناشی از امواج فراصوت

can damage sensitive tissues,

می‌تواند به بافت‌های حساس آسیب بزند،

but technicians typically use the lowest levels possible.

ولی تکنسین‌ها از پایین‌ترین سطح ممکن استفاده می‌کنند.

And since modern ultrasound machines can be small and portable,

چون دستگاه‌های جدید فراصوت می‌توانند کوچک و قابل حمل باشند،

doctors can use them in the field—

پزشکان می‌توانند از آن‌ها در هر جایی

allowing them to see clearly in any medical emergency.

و در شرایط اورژانسی، برای داشتن دیدی واضح استفاده کنند.