Japonským vedcom z Tokijskej metropolitnej univerzity sa podarilo vyvinúť novú metódu manipulácie a levitácie malých objektov pomocou zvukových vĺn. Ide o technológiu, ktorá by v tejto oblasti mohla znamenať prielom. Na tému upozornil portál Sciencealert.

Bezdotyková manipulácia predmetov

Ako upozorňuje portál NewAtlas, nejde o prvú levitáciu malých objektov, ale ide o prvú metódu svojho druhu, ktorá by túto experimentálnu technológiu mohla priblížiť k praktickému využitiu. Hoci celý experiment nebol úplne bez chýb, pokrok zmieňovanej technológie je badateľný a ukazuje sa, že je už len otázkou času, kedy dokážeme využiť plný potenciál zvuku.

Bezkontaktná manipulácia drobných predmetov je vysoko žiadaná technológia v oblastiach ako je biomedicínske inžinierstvo či vývoj nanotechnológii. Posledné roky sa uplatňuje v týchto odboroch najmä rôzne druhy akustických a optických pinziet, ktoré prostredníctvom presného nasmerovania zvukových vĺn, respektíve svetla, dokážu pohybovať určitými časticami a miniatúrnymi predmetmi.

NEPREHLIADNI
Obrovský skok vpred v kvantovom svete. Vedci donútili levitovať nanoguličku unikátnym spôsobom

Rozdelenie hemisferického poľa prevodníkov. Kondo, Okubo, JJAP, 2021

Použitie laserového svetla a optických pascí má svoje limity – veľkosť, vlastnosti a druh materiálu. Akustická alternatíva, ktorá namiesto laserového svetla využíva zvukové vlny, môže byť aplikovaná na širokú škálu materiálov a je ňou možné manipulovať predmetmi až do veľkosti niekoľkých milimetrov.

Akustické pasce zväčša fungujú na princípe prevodníka vysielajúceho zvukové vlny. Tie sa šíria smerom zhora na dol, kde sa odrazia od konkávneho reflektoru. Vzájomným stretom týchto vĺn potom vznikne vlna s dostatočným tlakom na udržiavanie malých predmetov.

Napriek tomu, že akustické pinzety sú tu už od 80. rokov, do dnešných dní existujú určité technické výzvy, ktoré tejto technológii bránia presadiť sa v širokej praxi. Ako problematické sa javí najmä riadenie rozsiahlych polí ultrazvukových prevodníkov v reálnom čase.

NEPREHLIADNI
LGBTI komunita žiada NASA, aby premenovala miliardový teleskop Jamesa Webba

Levitovanie polystyrénu pomocou zvukových vĺn

Japonským vedcom sa teraz tento problém podarilo odstrániť rozdelením hemisférického poľa prevodníkov na bloky, čo dokazuje aj ich štúdia publikovaná v žurnále Japanese Journal of Applied Physics.

Viackanálovú hemisférickú zostavu prevodníkov odborníci rozdelili celkovo na osem blokov a obrátili polaritu polovice meničov v každom bloku tohto poľa. Podľa slov autorov je fáza a amplitúda každého kanálu optimalizovaná prostredníctvom metódy reprodukcie zvuku. Na reprodukciu poslúžil inverzný filter, ktorý na základe akustického priebehu reprodukoval zvuk.

Týmto spôsobom experti vytvorili v požadovanej polohe akustickú pascu, ktorej pozíciu je možné meniť zmenou nastavenia jednotlivých blokov. Miesto i spôsobmi akým sa zvuková pasca generuje boli zistené prostredníctvom série simulácií a napokon to bolo celé potvrdené reálnym experimentom.

V ňom sa pomocou zvukových vĺn podarilo z reflexného povrchu (drevenná podložka) zdvihnúť polystyrénovú guličku s priemerom až 3 mm. Podľa autorov ide o „prvú štúdiu, ktorá demonštruje bezkontaktné zdvihnutie predmetu prostredníctvom tejto metódy“.

Treba však podotknúť, že zmieňovaná akustická pasca má i svoje muchy. Nie vždy sa totiž vedcom guličku podarilo dostať a udržať vo vzduchu. Tak či onak, práca predstavuje veľký krok vpred v smerovaní týchto technológií, pretože až doposiaľ sa nepodarilo zo žiadneho reflexného povrchu zdvihnúť predmet bezkontaktne. Aktuálne autori usilovne pracujú na odstraňovaní všetkých problémov.