To ni hotel deska Mattel. Toda naprava, ki jo je zgradila skupina v Španiji in Veliki Britaniji, lahko levificira in manipulira z majhnimi predmeti v zraku in morda v vodi in človeškem tkivu z uporabo visokofrekvenčnih zvočnih valov. Tehnologija obljublja na različnih področjih, od medicine do raziskovanja vesolja.
Sorodne vsebine
- Levitating Train Breaks rekord hitrosti na Japonskem
Znanstveniki so že vedeli, da zvočni valovi ustvarijo nihajne žepe zraka pod tlakom, ki lahko na silo ustvari silo, ki je sposobna zatirati gravitaciji. Medtem ko naprave za ultrazvočno levitacijo obstajajo, se vsi zanašajo na stoječe valove, ki nastanejo, ko se dva zvočna vala iste frekvence oddajata iz nasprotnih smeri in se nalagata drug na drugega. To pomeni, da vse prejšnje naprave potrebujejo dva niza pretvornikov.
"Vsi prejšnji levitatorji so morali delce obdati z zvočnimi elementi, kar je bilo okorno za neke vrste manipulacije, " pravi vodja študije Asier Marzo na javni univerzi v Navarri v Španiji. "Naša tehnika pa zahteva le zvočne valove z ene strani. Je kot laser - delce lahko levitate, vendar z enim žarkom. "
Marzo in njegovi sodelavci so za razvoj svoje tehnologije črpali navdih iz vizualnih hologramov, v katerih se iz ravne površine projicira svetlobno polje, da se ustvari vrsta "motečih vzorcev", ki tvorijo 3D sliko. Zvočni valovi so sposobni ustvarjati tudi motnje motenj, zato je mogoče uporabiti isti princip.
"V bistvu smo kopirali princip lahkih hologramov, da smo ustvarili te akustične holograme, " pravi Marzo, čigar ekipa je svoje delo v Nature Communications ta teden opisala.
Marzo in njegova ekipa so uredili 64 majhnih 16-voltnih pretvornikov v obliki mreže. Vsak pretvornik je bil kalibriran, da oddaja zvočne valove pri 40.000 Hertz, frekvenca, ki daleč presega največjo občutljivost človeškega ušesa (20.000 Hz), vendar je slišati na druge živali, kot so psi, mačke in netopirji.
Čeprav sta bila frekvenca in moč vsakega pretvornika enaka, so znanstveniki izdelali algoritem, ki je spreminjal relativne vrhove in korita vsakega vala, da so ustvarili motnje motenj in ustvarili akustične predmete.
Izziv je bil, da so bili ti akustični predmeti neslišni in nevidni za ljudi, zato je ekipa morala razviti različne simulacije, da bi "videla" zvok. V pristopu, ki bi bil katerikoli sinestete ponosen, je Marzo uporabil mikrofon za vzorčenje ultrazvočnih valov, ki jih oddajajo pretvorniki, nato pa podatke dovajal s 3D-tiskalnikom, ki so ga uporabili za ustvarjanje digitalnih vizualizacij slušnih objektov.
Po testiranju različnih zvočnih oblik je raziskovalna skupina odkrila tri najučinkovitejše: dvojko, ki spominja na pinceto; vrtinčna past, analogna tornadu, ki v svojem središču obesi predenje; in past za steklenice, ki levitazira predmet v praznem prostoru znotraj steklenice.
Čeprav sedanji eksperiment dviguje le majhne stiroporne kroglice, Marzo verjame, da je mogoče tehnologijo za različne predmete zmanjšati z manipulacijo frekvence zvočnih valov, ki določa velikost zvočnih objektov in celotno moč sistema, kar omogoča levitacija lažjih ali težjih predmetov na daljše razdalje.
"Levitacija delcev z enostranskimi pretvorniki je neverjeten rezultat, ki odpira nove možnosti za akustično levitacijsko tehnologijo, " pravi Marco Aurélio Brizzotti Andrade, docent za fiziko na univerzi v São Paulu, ki se je prej ukvarjal z levitacijo na osnovi zvoka .
"Ena od načinov zmanjševanja je manipulacija in vivo - kar pomeni levitacijo in manipuliranje z delci v telesu, " pravi Marzo. "In ti delci so lahko ledvični kamni, strdki, tumorji in celo kapsule za ciljno dajanje zdravil." Ultrazvočna levitacija ne moti slikanja z magnetno resonanco, zato bi lahko zdravniki v trenutku manipulirali z dejanji in vivo .
In kar zadeva te mikromanipulacije v človeškem telesu, ima tehnologija enostranskih žarkov ogromno prednost pred dvostransko tehnologijo stoječih valov. Za začetek lahko levitacijske naprave, ki temeljijo na stoječih valovih, pomotoma ujamejo več delcev od predvidenih ciljev. "Vendar pa pri enostranskih levitatorjih obstaja samo ena lovilna točka, " pravi.
Marzo vendar poudarja, da je ultrazvok omejen, da lahko levitira večje predmete: "Če bi pobral predmet velikosti na plaži, bi bilo potrebno 1000 Hz. Toda to vstopa v slišno območje, ki bi lahko bilo nadležno ali celo nevarno za človeško uho. "
Tehnologija ima tudi nekaj obetavnih aplikacij v vesolju, kjer lahko viseče predmete suspendira z nižjo težo in prepreči, da bi se nenadzorovano gibali. Toda Marzo zavrača kakršno koli poimenovanje traktorskega žarka, podobnega Star Trek-u, ki bi lahko manipuliral s človekom na Zemlji.
Pod normalno težo bi bila "moč, ki je potrebna za dvig človeka, verjetno smrtna", pravi Marzo. »Če na tekočino nanesete preveč ultrazvočne moči, boste ustvarili mikrobunčke.« Z drugimi besedami, preveč zvočne moči lahko povzroči, da bo kri zavrela.
V prihodnjih študijah Marzo upa, da bo sodeloval s strokovnjaki za ultrazvok, da bi izpopolnili tehnologijo za medicinske aplikacije in še bolj razširili pristop na različne velikosti predmetov.
"To je lepo pri zvoku, " pravi, "imate široko paleto frekvenc, ki jih lahko uporabite za različne aplikacije."
