Nu este un hoverboard Mattel. Dar un dispozitiv construit de o echipă din Spania și Marea Britanie poate levita și manipula obiecte mici în aer și, eventual, în apă și țesutul uman, folosind unde sonore de înaltă frecvență. Tehnologia deține promisiuni într-o varietate de domenii, de la medicină la explorare spațială.
Continut Asemanator
- Levitarea trenurilor înregistrează recordul de viteză în Japonia
Oamenii de știință știau deja că undele sonore creează buzunare oscilante de aer sub presiune, ceea ce poate produce o forță asupra unui obiect capabil să contracareze atragerea gravitației. Dar în timp ce dispozitivele de levitație cu ultrasunete există, toate se bazează pe unde în picioare, care sunt create atunci când două unde sonore cu aceeași frecvență sunt emise din direcții opuse și suprapuse una pe cealaltă. Asta înseamnă că toate dispozitivele anterioare necesită două seturi de traductoare.
„Toți levitatorii precedenți au trebuit să înconjoare particulele cu elemente acustice, ceea ce a fost greoi pentru un fel de manipulări”, spune liderul studiului Asier Marzo la Universitatea Publică din Navarra din Spania. „Cu toate acestea, tehnica noastră necesită unde sonore dintr-o parte. Este ca un laser - puteți levita particule, dar cu un singur fascicul. ”
Pentru a dezvolta tehnologia lor, Marzo și colegii săi s-au inspirat din hologramele vizuale, în care un câmp luminos este proiectat de pe o suprafață plană pentru a produce o serie de „tipare de interferență” care formează o imagine 3D. Undele sonore sunt, de asemenea, capabile să creeze tipare de interferență, așa că se poate aplica același principiu.
„Practic, am copiat principiul hologramelor ușoare pentru a crea aceste holograme acustice”, spune Marzo, a cărui echipă își descrie activitatea săptămâna aceasta în Nature Communications .
Marzo și echipa sa au aranjat 64 de mici traductoare de 16 volți într-un model asemănător grilei. Fiecare traductor a fost calibrat pentru a emite unde sonore la 40.000 Hz, o frecvență care depășește cu mult sensibilitatea maximă a urechii umane (20.000 Hz), dar este audibilă la alte animale, cum ar fi câinii, pisicile și liliecii.
Deși frecvența și puterea fiecărui traductor au fost identice, oamenii de știință au conceput un algoritm care a variat vârfurile și gropile relative ale fiecărei unde pentru a genera tipare de interferență și a crea obiecte acustice.
Provocarea a fost ca aceste obiecte acustice să fie inaudibile și invizibile pentru oameni, astfel încât echipa a trebuit să dezvolte diverse simulări pentru a „vedea” sunetul. Într-o abordare care ar face orice sinestez mândru, Marzo a folosit un microfon pentru a testa undele cu ultrasunete emise de traductoare și apoi a alimentat datele printr-o imprimantă 3D, pe care au folosit-o pentru a crea vizualizări digitale ale obiectelor auditive.
După ce a testat o varietate de forme acustice, echipa de cercetare a descoperit trei care erau cele mai eficiente: capcana twin, care seamănă cu o pereche de pensete; capcana vortexului, analogă unei tornade care suspendă un obiect învârtit în centrul său; și capcana sticlei, care levită obiectul în spațiul gol din interiorul sticlei.
Deși experimentul actual a ridicat doar mărgele mici de Styrofoam, Marzo consideră că tehnologia poate fi scalată pentru diferite obiecte prin manipularea frecvenței undelor sonore, care determină dimensiunea obiectelor acustice, precum și puterea generală a sistemului, ceea ce permite levitația obiectelor mai ușoare sau mai grele pe distanțe mai lungi.
"Levitarea particulelor de către traductoarele unilaterale este un rezultat uimitor care deschide noi posibilități pentru tehnologia de levitație acustică", spune Marco Aurélio Brizzotti Andrade, profesor asistent de fizică la Universitatea din São Paulo, care a lucrat anterior la levitația bazată pe sunet. .
„O aplicație de reducere a reducerii este manipularea in vivo - ceea ce înseamnă levitarea și manipularea particulelor în interiorul corpului”, spune Marzo. „Și aceste particule ar putea fi pietre la rinichi, cheaguri, tumori și chiar capsule pentru eliberarea de droguri.” Levitarea cu ultrasunete nu interferează cu imagistica prin rezonanță magnetică, astfel încât medicii ar putea imagina instantaneu acțiunea în timpul manipulării in vivo .
Și când vine vorba de aceste micromanipulări în corpul uman, tehnologia unilaterală a fasciculului are un avantaj extraordinar față de tehnologia cu două fețe permanente. Pentru început, dispozitivele de levitație bazate pe valuri în picioare pot captura accidental mai multe particule decât țintele prevăzute. „Cu toate acestea, cu levitatorii unilateral, și există un singur punct de captare”, spune el.
Marzo subliniază, însă, că ultrasunetele sunt limitate în capacitatea sa de a levita obiecte mai mari: „Pentru a ridica un obiect de dimensiunea mingii de plajă ar fi nevoie de 1.000 Hz. Dar asta intră în domeniul sonor, care ar putea fi enervant sau chiar periculos pentru urechea umană. ”
Tehnologia are, de asemenea, câteva aplicații promițătoare în spațiul exterior, unde poate suspenda obiecte mai mari cu o greutate mai mică și le poate împiedica să se plimbe în jurul necontrolatului. Însă Marzo respinge orice noțiune de un fascicul de tractoare de tip Star Trek, capabil să manipuleze oamenii de pe Pământ.
Sub gravitație normală, „puterea necesară pentru a ridica un om ar fi probabil letală”, spune Marzo. „Dacă aplicați prea multă putere de ultrasunete pe un lichid, veți crea microbubble.” Cu alte cuvinte, o putere de sunet prea mare vă poate face sângele să fiarbă.
În studiile viitoare, Marzo speră să colaboreze cu specialiști în ecografie pentru a perfecționa tehnologia pentru aplicații medicale și pentru a extinde în continuare abordarea către obiecte de dimensiuni diferite.
"Acesta este lucrul frumos despre sunet", spune el. "Aveți o gamă largă de frecvențe pe care le puteți utiliza pentru o varietate de aplicații."
