Физики разработали новый способ левитации объектов с помощью звука
Недавно разработанный метод левитации и управления крошечными объектами с помощью звуковых волн может стать большим шагом вперед в развитии технологии.
Инженеры в Японии придумали, как поднимать предметы с отражающих поверхностей с помощью акустической левитации. Хотя они еще не могут сделать это надежно, прогресс может помочь раскрыть весь потенциал манипулирования физическими объектами, используя только звук.
Биомедицинская инженерия, нанотехнологии и разработка фармацевтических препаратов — вот некоторые из областей, в которых манипулирование объектами, не касаясь их, потенциально действительно полезно. Мы уже можем сделать это с помощью технологии, называемой оптическим пинцетом, в которой используются лазеры для создания давления излучения, достаточного для левитации и перемещения чрезвычайно мелких частиц.
Акустический пинцет, в котором давление, создаваемое звуковыми волнами, может использоваться для перемещения частиц, потенциально может стать еще более мощным инструментом. Их можно было использовать для манипулирования более широким спектром материалов, вплоть до миллиметрового масштаба.
Однако, несмотря на то, что он был впервые обнаружен в 1980-х годах, существуют значительные ограничения, препятствующие широкому практическому применению акустического пинцета. Для начала вам понадобится надежная «ловушка» из звуковых волн.
Полусферические массивы акустических преобразователей могут использоваться для создания звуковой ловушки, но управлять ими в реальном времени сложно, поскольку вам нужно создать правильное звуковое поле, чтобы поднять объект и переместить его подальше от преобразователей.
Инженеры Шота Кондо и Кан Окубо из Токийского столичного университета в Японии придумали, как построить полусферический акустический массив, который может поднимать 3-миллиметровый шар из полистирола с отражающей поверхности.
«Мы предлагаем массив многоканальных полусферических ультразвуковых преобразователей для бесконтактного приема на жестком предметном столе с отражением», — написали они в своей статье.
Метод основан на разделении матрицы преобразователей на блоки, что более управляемо, чем попытки управлять преобразователями по отдельности. Затем ученые использовали обратный фильтр для воспроизведения звуков на основе формы акустической волны. Это помогает оптимизировать фазу и амплитуду каждого канала преобразователя для создания желаемого акустического поля.
Трехмерное моделирование показало, как и где создавалось поле с использованием этих методов.
Затем это поле можно перемещать, которое, конечно же, также перемещается вокруг захваченной в нем частицы. Используя этот массив, исследователи смогли поднять пенополистирол с зеркальной поверхности.
Исследование опубликовано в Японском журнале прикладной физики.
Источники: Фото: Kondo and Okubo, JJAP, 2021
