Учени създадоха нов метод за левитация на обекти само чрез звукови вълни
Инженери от Япония откриха как да повдигат обекти от отразителни повърхности с помощта на акустична левитация. Въпреки че методът все още не е напълно надежден, той би могъл да спомогне за отключването на пълния потенциал на технологията за манипулация на физически обекти единствено и само чрез звук.
Биомедицинското инженерство, нанотехнологиите и разработката на лекарства са част от сферите, при които манипулирането на обекти, без те да бъдат докосвани, би било особено полезно. Вече можем да правим това посредством технология, наречена оптични пинсети, която използва лазери, за да генерира достатъчно радиационно налягане, което да левитира и движи изключително малки частици.
Акустичните пинсети - при които налягането, генерирано от звуковите вълни, може да бъде използвано за местенето на частици – имат потенциала да бъдат още по-полезен инструмент. Те биха могли да бъдат използвани за манипулирането на най-разнообразни материали. Дори такива с по-голям размер (до няколко мм).
Въпреки че акустичните пинсети са открити още през 80-те години на миналия век, те са съпроводени с редица значителни ограничения, които ги правят непрактични. Като за начало, нуждаем се от надежден „капан“, изграден от звукови вълни.
За създаването на звуков капан бихме могли да използваме полусферична решетка от акустични преобразуватели. Контролирането им в реално време обаче е трудна задача, тъй като трябва да се създаде правилният тип звукове поле, което да повдигне обекта и да го придвижи далеч от преобразувателите.
Ситуацията се усложнява допълнително, ако разполагаме с повърхност, която отразява звук, тъй като това може да повлияе на звуковото поле.
Инженерите Шота Кондо и Кан Окубо от Токийския столичен университет в Япония откриха как да създадат полусферични акустични решетки, които да повдигат 3-милиметрова полиестерна топка от отразителна повърхност.
„Ние предлагаме да се използва многоканална полусферична ултразвукова решетка за безконтактно повдигане на обект от твърда отразителна повърхност – пишат те в своя научен труд. – Фазата и амплитудата на всеки канал се оптимизират с помощта на метода на звукова репродукция. Това създава акустичен капан само на желаната позиция и повдигането може да се осъществи на твърдата повърхност. Доколкото ни е известно, това е първото проучване, което демонстрира безконтактно повдигане на обект с помощта на този подход.“
При тяхната техника преобразувателите се разделят на отделни блокове в решетката, което прави контролирането им далеч по-лесно, отколкото ако всеки се управлява поотделно. След това използват обратен филтър, за да възпроизвеждат звуци въз основа на акустичната форма на вълната. Това спомага за оптимизирането на фазата и амплитудата на всеки канал на преобразувателя, за да се получи желаното акустично поле.
Триизмерни симулации показват как и къде се генерира полето с помощта на тези техники.
Впоследствие това поле може да бъде придвижвано, което (разбира се) движи и частицата, пленена в него. С помощта на въпросната решетка учените успяват да вдигнат стиропорената топка от огледална повърхност, но, уви, не особено надеждно – понякога топката избягва от акустичното налягане, а не остава в негов плен.
Въпреки това откритието е важна стъпка напред в развитието на тази технология, тъй като това е първият път, в който се извършва безконтактно вдигане на обект от отразителна повърхност.
Учените са категорични, че за в бъдеще ще подобрят този подход.
Тяхното изследване е публикувано в Japanese Journal of Applied Physics.
Източник: Science Alert