See pole Matteli hõljukilaud. Kuid Hispaania ja Suurbritannia meeskonna ehitatud seade suudab kõrgsageduslike helilainete abil levitada ja manipuleerida väikeste objektidega õhus ning võimalik, et ka vees ja inimkoes. Tehnoloogia lubab paljusid valdkondi, alates meditsiinist kuni kosmoseuuringuni.
Seotud sisu
- Levitating Train Breaks Speed Record Jaapanis
Teadlased juba teadsid, et helilained loovad suruõhu võnkuvad taskud, mis võivad tekitada objektile jõu, mis on võimeline toimima raskusjõu tõmbamise vastu. Kuid kuigi ultraheli levitatsiooniseadmed on olemas, toetuvad nad kõik seisvatele lainetele, mis tekivad siis, kui kaks sama sagedusega helilainet eralduvad vastassuundadest ja asetsevad üksteise peal. See tähendab, et kõik eelnevad seadmed vajavad kahte muundurite komplekti.
"Kõik eelnevad levitajad pidid osakese ümbritsema akustiliste elementidega, mis oli teatud tüüpi manipulatsioonide jaoks tülikas, " ütleb uuringujuht Asier Marzo Navarra avalikust ülikoolist Hispaanias. “Meie tehnika nõuab aga ainult helilaineid ühelt poolt. See on nagu laser - saate osakesi levitada, kuid ühe kiirga. ”
Nende tehnoloogia arendamiseks ammutasid Marzo ja tema kolleegid visuaalsetest hologrammidest inspiratsiooni, mille abil hele väli projitseeritakse tasaselt pinnalt, et tekitada 3D-pildi moodustav „häirete muster”. Helilained on võimelised tekitama ka häirete mustreid, nii et sama põhimõtet saab rakendada.
“Põhimõtteliselt kopeerisime nende akustiliste hologrammide loomiseks kergete hologrammide põhimõtet, ” ütleb Marzo, kelle meeskond kirjeldab nende tööd sel nädalal ajakirjas Nature Communications .
Marzo ja tema meeskond paigutasid 64 väikest 16-voldist muundurit võrekujulisse mustrisse. Iga muundur kalibreeriti helilainete kiirguseks sagedusel 40 000 hertsi, sagedusega, mis ületab kaugelt inimese kõrva maksimaalset tundlikkust (20 000 Hz), kuid on kuuldav teistele loomadele nagu koerad, kassid ja nahkhiired.
Ehkki iga muunduri sagedus ja võimsus olid identsed, koostasid teadlased häirete genereerimiseks ja akustiliste objektide loomiseks algoritmi, mis varieeris iga laine suhtelisi piike ja süvendeid.
Väljakutseks oli see, et need akustilised objektid olid inimestele kuuldamatud ja nähtamatud, seetõttu pidi meeskond heli „nägemiseks“ välja töötama erinevad simulatsioonid. Lähenemisviisil, mis muudaks iga sünesteesi uhkeks, kasutas Marzo muundurite väljastatud ultrahelilainete proovivõtmiseks mikrofoni ja toitis seejärel andmeid 3D-printeri kaudu, mida nad kasutasid kuulmisobjektide digitaalsete visualiseerimiste loomiseks.
Pärast mitmesuguste akustiliste kujundite testimist avastas uurimisrühm kolm kõige efektiivsemat: kaksiklõks, mis meenutab pintsettide paari; keerisepüünis, analoogne tornaadoga, mis peatab ketrusobjekti selle keskel; ja pudelilõks, mis vabastab eseme pudeli sees olevast tühjast kohast.
Ehkki praegune katse tõstis vaid väikesed vahtpolüstüroolist helmed, usub Marzo, et tehnoloogiat saab erinevate objektide jaoks skaleerida, manipuleerides helilainete sagedusega, mis määrab akustiliste objektide suuruse, aga ka süsteemi üldise võimsuse, mis võimaldab pikemate vahemaade korral kergemate või raskemate esemete levitatsioon.
"Osakeste levitatsioon ühepoolsete muundurite poolt on hämmastav tulemus, mis avab akustilise levitatsioonitehnoloogia jaoks uusi võimalusi, " ütleb Marco Aurélio Brizzotti Andrade, São Paulo ülikooli füüsika dotsent, kes on varem töötanud helipõhise levitatsiooni kallal .
"Mahaarvamise üks rakendus on in vivo manipuleerimine - see tähendab osakeste kergendamist ja manipuleerimist keha sees, " ütleb Marzo. “Ja need osakesed võivad olla neerukivid, hüübimised, kasvajad ja isegi kapslid ravimite sihtotstarbeliseks manustamiseks.” Ultraheli levitatsioon ei häiri magnetresonantstomograafiat, nii et arstid saaksid in vivo manipuleerimise ajal toimingu hetkega pildistada.
Ja kui rääkida nendest mikromanipulatsioonidest inimkehas, on ühepoolse tala tehnoloogial tohutu eelis kahepoolse seisva laine tehnoloogia ees. Alustuseks võivad seisvatel lainetel põhinevad levitatsiooniseadmed juhuslikult püüda rohkem osakesi kui kavandatud sihtmärgid. "Kuid ühepoolsete levitaatoritega ja seal on ainult üks lõksupunkt, " ütleb ta.
Marzo juhib siiski tähelepanu sellele, et ultraheli on piiratud võimetega suuremaid objekte levitada: „Rannapalli suuruse eseme korjamiseks oleks vaja 1000 Hz. Kuid see siseneb kuulmisulatusse, mis võib olla inimese kõrva jaoks tüütu või isegi ohtlik. ”
Tehnoloogial on ka paljulubavaid rakendusi kosmoses, kus see suudab riputada suuremad objektid madalama raskusastmega ja takistada nende triivimist kontrollimata. Kuid Marzo lükkab ümber kõik ideed Star Treki- laadse traktori tala kohta, mis suudab Maa peal inimestega manipuleerida.
Normaalse raskuse korral "oleks inimese tõstmiseks vajalik jõud tõenäoliselt surmav", ütleb Marzo. “Kui rakendate vedelikule liiga palju ultraheli, tekivad mikromullid.” Teisisõnu võib liiga suur helivõimsus panna teie verd keema.
Edasistes uuringutes loodab Marzo teha koostööd ultrahelispetsialistidega, et täpsustada meditsiiniliste rakenduste tehnoloogiat ja veelgi laiendada lähenemist erineva suurusega objektidele.
"See on heli puhul kena asi, " ütleb ta. "Teil on lai valik sagedusi, mida saate kasutada mitmesugusteks rakendusteks."
