Современный мир с каждым днём всё более и более погружается в океан электромагнитных и магнитных излучений, которые пронизывают всё вокруг и усиливаются с каждым днём — беспроводные гаджеты, смартфоны с несколькими sim-картами (да ещё и в количестве нескольких смартфонов у одного человека) и т.д. и т.п.
В свете этого, думается, что было бы интересной идеей увидеть этот электромагнитно/магнитный океан, не только, собственно, из познавательных целей, но и вполне практических — думается, что обладание подобной информацией, в удобном, визуальном виде, могло бы быть полезным для целого ряда применений…
Посмотрим, что предлагается на этот счёт, в данный момент!
Сразу надо оговориться, что я не ставил перед собой целью исследовать все возможные варианты, да это, наверное, и невозможно, поэтому я исследовал ряд решений, заинтересовавших лично меня.
Пожалуй, одним из исторических самых старых способов визуализации магнитных полей является использование специальных плёнок, содержащих покрытие из микрокапсул, внутри которых находится масло и никелевые хлопья.
При приближении источника постоянного магнитного поля к подобной плёнке, таким образом, чтобы силовые линии магнитного поля были параллельны плёнке — происходит разворот никелевых хлопьев в масле, таким образом, что они начинают гораздо сильнее рассеивать свет и их яркость визуально существенно возрастает, становясь очевидно видимой глазу*:
*Мне приходилось иметь дело с такой плёнкой в реальной жизни, и подносить её к мощному промышленному электродвигателю — могу сказать, что выглядит это в жизни довольно эпично, такое ощущение, что электродвигатель стал прозрачным или что-то вроде того…:-)
Точных объяснений нет, но её зелёный цвет, насколько я понимаю, диктуется просто выбранным цветовым решением производителя, решившим, что такой цвет (и его оттенки) будут хорошо видны, в силу особенностей человеческого зрения и его чувствительности к зелёной части спектра — что может быть важно, в том числе, для разглядывания плёнки в условиях плохого освещения, например, каких-то промышленных цехов…
При этом, полюса, откуда, выходят силовые линии магнитного поля, выглядят довольно тёмными пятнами, относительно окружающих их более светлых участков, с различным распределением полей.
Подобные плёнки используются, в основном, для визуализации статических магнитных полей, так как из-за естественной инерции (т.е. Относительно медленного поворота в вязкой среде) частичек — визуализация с помощью них быстро меняющихся электромагнитных полей затруднена, так как может давать нечёткую, размытую картину:
Со временем, похоже что появились и более интересные плёнки, отличающиеся от старых зелёных плёнок, тем, что содержат наночастицы магниточувствительного материала (предположительно, магнетит), благодаря чему, в зависимости от силы магнитного поля, частицы в них могут как просто выстраиваться в упорядоченные структуры, так и достигать достаточно плотной упаковки: в зависимости от этого, подобная плёнка может отражать разные части белого спектра, из-за чего, визуально, она окрашивается в разные цвета (см. с 4:09 в видео ниже):
Тем не менее, глядя на эти плёнки, становится очевидным их главное ограничение: они большей частью предназначены для визуального, наглядного использования человеком; тогда как в современном мире, стремящемся ко всё большей автоматизации и удалённому контролю, требуются компьютерно-управляемые способы наблюдения и анализа — в том числе, и магнитных полей.
Для подобного контроля разными компаниями был разработан целый ряд решений, одним из которых является MiniCube 3D — специальная магниточувствительная камера от компании MagCam, у которой на площади в 12,7х12,7 мм расположен массив датчиков* Холла 128 на 128 штук (массив выполнен в виде единого монолитного чипа, собственной разработки); камера позволяет получать изображение силовых линий магнитного поля с разрешением в 0,1 мм и анализировать его с использованием специального ПО (похоже, что на картинке ниже, взятого с их официального видео, имеется ошибка - «м2» вместо «мм2»):
*В этом и устройствах подобного рода далее обычно этот момент не оговаривается, но, насколько я понимаю, здесь используется массив аналоговых датчиков Холла, где датчики, по сути, реагируют на степень напряжённости магнитного поля, выдавая некоторые цифры из рабочего диапазона, в котором они могут их выдавать.
Далее, зная расстояние между датчиками, и предполагая, как при определённых значениях на датчиках должно распределяться магнитное поле между ними, умозрительно, ПО строит картину распределения этого поля.
Таким образом, насколько я это понимаю, в реальности это поле программно-аппаратный комплекс не видит, и наблюдаемая на экране разноцветная картина магнитного поля — это своего рода абстракция, умозрительное предположение (но основанное на реальных фактах — значениях на сетке датчиков)…
Однако, это то, что касается стационарных магнитных полей и, в некоторой степени, это не столь интересно, так как больше находится в области академических исследований прикладного или теоретического свойства…
Тем не менее, понятно, что для обычного человека, гораздо интереснее понять — а как именно распределяются магнитные поля в конкретном помещении, здании или, если сказать более обобщённо, суммируя — «в конкретной области пространства»?
Так как, зачастую это имеет далеко не праздный интерес — целый ряд рядовых людей бывают озабочены уровнями электромагнитного излучения; кроме того, излучения замеряются и рядом компаний — например, вызовом специалистов, для тестирования конкретных рабочих мест: я сам был свидетелем подобного, на одной из прошлых работ: пришёл человек, и водил аппаратом, который я для себя назвал «что-то вроде из Охотников за привидениями». :-)
На мой взгляд, одним из самых наглядных и красивых проектов является оригинальная идея трёх исследователей из Осло, которые решили сделать, пожалуй, одну из самых ранних попыток визуализации уровня сигнала wi-fi, распределённого по пространству — нет, они не стали использовать какие-либо сканеры и написание сложного программного обеспечения, вместо этого, они пошли другим путём, решив, а что, если, попробовать визуализировать уровень wi-fi сигнала буквально?
В качестве примечания: проект был осуществлён ещё в 2011 году, поэтому, аппаратная часть к настоящему моменту по большому счёту устарела, и, на мой взгляд, с ней можно ознакомиться разве что справочно.
А именно — они решили использовать сочетание электроники и давнего искусства, известного под названием «светопись» — может быть вам тоже доводилось так баловаться: обычно, весь процесс происходит вечером или ночью, где на штатив ставится фотоаппарат, у него включается большая выдержка, после чего, владелец начинает перемещаться в области видимости объектива фотоаппарата, рисуя в воздухе разнообразными источниками света — фонарями, факелами и т.д. и т.п.
В результате, на финальном снимке получается интересная вечерняя картина, где на фоне статичных объектов — деревьев, зданий, в воздухе висят яркие светящиеся разводы, к тому же, своим сиянием освещающие эти статические объекты. Выглядит довольно интересно и как какая-то компьютерная графика!
Сочетание этого художественного подхода с технологиями и решили использовать экспериментаторы: для создания световых разводов на фотографиях, они изготовили четырёхметровую линейку, на которой укрепили 80 сверхъярких светодиодов, соединённых попарно, и, таким образом, они получили 40 секций в высоту.
В качестве управляющего микроконтроллера взяли Arduino Mega, к которой подключили WiFly RN-131C от Roving Network — плата была нужна не для осуществления связи, а чтобы замерять уровень сигнала wi-fi сети по RSSI, с интервалом в 3 секунды (я так понимаю, по их описанию что таковы были аппаратные ограничения и чаще было невозможно).
Также было написано специальное программное обеспечение на языке processing, которое выводило график в виде гистограммы для конкретного участка пространства — то есть, грубо говоря, столбик свечения, в зависимости от высоты которого, на этой четырёхметровой линейке светилось разное количество светодиодов.
Ну и, теперь остаётся только перемещаться физически по пространству, неся в руках эту линейку и, применив летопись — в буквальном смысле наложить на окружающее пространство график величины сигнала!
Оригинально и наглядно:
Думается, что в наше время, можно было бы попробовать реализовать то же самое и на гораздо более высоком техническом уровне. ;-)
Впрочем, в наше время это может быть реализовано даже проще — один из разработчиков создал приложение NetLens, запустив которое и включив камеру, можно пройтись по квартире, и, в результате чего, на экране смартфона, в рамках дополненной реальности, в воздухе появляются виртуальные шары, с уровнем сигнала, после чего, по окончанию сканирования, вся площадь пола квартиры покрывается так называемой «тепловой картой» — наглядно демонстрирующий уровень сигнала в разных местах.
Тоже, довольно интересный и наглядный подход:
Впрочем, учитывая то, что в современные смартфоны обычно встроен ещё и магнетометр — было бы досадно упускать такую возможность и ограничиваться только сканированием на wi-fi!
Именно так похоже, что и подумали разработчики следующего предложения (Magna-AR), которое регистрирует любые магнитные поля и, также, в виде дополненной реальности накладывает на картинку, получаемую в реальном времени с камеры смартфона.
Проект предназначен для студентов, учёных, преподавателей, и позволяет в реальном времени визуализировать вектора магнитного поля в любой точке пространства:
У проекта есть собственная страничка на github, где желающие могут ознакомиться с его исходниками.
Таким образом, подытоживая, мы можем для себя констатировать, что невидимые поля давно привлекают исследователей, что вызывает появление разных подходов и реализаций, в том числе и на смартфонах, что даёт многим шанс исследовать для себя эту сферу!
Думается, число приложений для такого рода для смартфонов — не ограничивается только перечисленными и можно попробовать найти и более интересные варианты! ;-)
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
