O nouă metodă de levitație a obiectelor cu ajutorul sunetului
O metodă recentă de levitație și manipulare a obiectelor mici folosind undele sonore ar putea reprezenta un progres major pentru tehnologie.
Inginerii din Japonia au descoperit cum să ridice obiecte de pe suprafețe reflectorizante folosind levitația acustică. Această realizare ar putea ajuta la dezvoltarea unei tehnologii viabile de manipulare a obiectelor fizice folosind doar sunetul.
Ingineria biomedicală, nanotehnologia și dezvoltarea produselor farmaceutice sunt doar câteva dintre domeniile în care manipularea obiectelor fără a le atinge este cu adevărat utilă. Putem face deja acest lucru cu o tehnologie ce implică „pensete optice”, care utilizează lasere pentru a genera o presiune a radiației suficient de mare pentru levitația și deplasarea particulelor extrem de mici.
„Pensetele acustice”, unde presiunea generată de undele sonore poate fi folosită pentru mişcarea particulelor, au potențialul de a fi un instrument și mai puternic de lucru pentru cercetători. Acestea ar putea fi utilizate pentru a manipula o gamă mai largă de materiale și la dimensiuni mai mari, până la scara milimetrică.
Cu toate acestea, în ciuda faptului că „penseta acustică” a fost descoperită în anii 1980, există limitări semnificative care au împiedicat utilizarea pensetelor acustice în cadrul unor aplicaţii practice, pe scară largă. Mai exact, avem nevoie de o „capcană” viabilă formată din unde sonore.
Reţelele emisferice de traductoare acustice pot fi utilizate pentru a crea capcana sonoră, dar controlul acestora în timp real este dificil, deoarece trebuie obţinut doar câmpul sonor potrivit pentru a ridica un obiect și a-l muta departe de traductoare. Acest lucru devine și mai dificil dacă există o suprafață care reflectă sunetul, deoarece acest lucru poate complica realizarea câmpului sonor adecvat.
Inginerii Shota Kondo și Kan Okubo de la Tokyo Metropolitan University din Japonia au descoperit cum să construiască o rețea acustică emisferică care poate ridica o bilă de polistiren având un diametru de 3 milimetri de pe o suprafață reflectorizantă.
Credit: Kondo și Okubo, JJAP, 2021
„Am propus o reţea de traductoare cu ultrasunete, emisferică, multicanal, pentru levitația, fără contact, de pe o bază rigidă cu reflexie.
Faza și amplitudinea fiecărui canal sunt optimizate utilizând metoda de reproducere a sunetului. Obţinem astfel o capcană acustică numai în poziția dorită pentru levitația obiectului.
Din câte știm, acesta este primul studiu care demonstrează levitația fără contact folosind această abordare”, au scris cercetătorii în lucrarea lor.
Tehnica cercetătorilor s-a bazat pe împărțirea reţelei de traductoare în blocuri, ceea ce asigură un control mai eficient decât în cazul utilizării unor traductoare individuale. Ulterior, ei au folosit un filtru invers pentru a reproduce sunete pe baza formei undei acustice. Acest lucru a ajutat la optimizarea fazei și amplitudinii fiecărui canal al traductorului pentru a produce câmpul acustic dorit.
Simulările tridimensionale au arătat cum și unde a fost generat câmpul acustic folosind aceste tehnici. Acest câmp poate fi mutat, astfel încât cercetătorii au reușit să ridice spuma de poliuretan de pe o suprafață, dar nu într-un mod viabil. Uneori obiectul s-a îndepărtat de câmpul acustic creat, în loc să fie prins în capcana acestuia.
Cu toate acestea, experimentul reprezintă un pas înainte, deoarece levitația fără contact de pe o suprafață reflectorizantă nu a mai fost obţinută până acum.
„În studiile viitoare metoda propusă va fi îmbunătățită pentru utilizarea practică a levitaţiei fără contact”, au scris cercetătorii.
Cercetarea a fost publicată în Japanese Journal of Applied Physics.
Traducere după Physicists Have Developed a New Way to Levitate Objects Using Sound Only