Физики разработали способ левитации объектов при помощи звука

Физики разработали способ левитации объектов при помощи звука Наука

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. Это уже можно 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, может стать еще более мощным инструментом. Их можно было использовать для манипулирования более широким спектром материалов, а при больших размерах — 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 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 только правильное звуковое поле, чтобы поднять объект и переместить его подальше от преобразователей.

Еще сложнее, если есть поверхность, отражающая звук, так как это может усложнить звуковое поле.

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.

Их метод основан на разделении матрицы преобразователей на блоки, что более управляемо, чем попытки управлять преобразователями по отдельности. Затем они использовали обратный фильтр для воспроизведения звуков на основе 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 подобрать пенополистирол с зеркальной поверхности, но ненадежно — иногда мяч рассеивался вдали от акустического давления, а не попадал в ловушку.

Тем не менее, работа представляет собой шаг вперед, поскольку бесконтактный захват с отражающей поверхности раньше не проводился.

ОмскПресс