Ez nem a Mattel légpárnája. De a spanyol és az egyesült királyságbeli csapat által felépített készülék nagy frekvenciájú hanghullámok segítségével képes lebegtetni és manipulálni a kis tárgyakat a levegőben, esetleg a vízben és az emberi szövetekben. A technológia ígéretes különféle területeken, az orvostudománytól az űrkutatásig.
kapcsolodo tartalom
- Lebegő Train Breaks Speed Record Japánban
A tudósok már tudták, hogy a hanghullámok nyomás alatt álló levegő oszcilláló zsebeit képezik, amelyek olyan erőt hozhatnak létre egy tárgyon, amely képes ellensúlyozni a gravitációs húzást. De miközben léteznek ultrahang lebegő készülékek, mindegyik álló hullámokra támaszkodik, amelyek akkor keletkeznek, amikor két azonos frekvenciájú hanghullámot ellentétes irányból bocsátanak ki és egymásra helyeznek. Ez azt jelenti, hogy minden korábbi eszköznek két transzduktorkészletre van szüksége.
„Az összes korábbi levitátornak akusztikus elemekkel kellett körülvennie a részecskéket, ami nehézkes volt valamiféle manipulációnál” - mondja Asier Marzo, a spanyol Navarrai Állami Egyetem tanulmányvezetője. „Technikánknak azonban csak az egyik oldalról van szükség hanghullámokra. Olyan, mint egy lézer - lebegtetheti a részecskéket, de egyetlen sugárral. ”
Technológiájuk fejlesztése érdekében Marzo és kollégái inspiráltak a vizuális hologramoktól, amelyekben egy fénymezőt egy sík felületről vetítenek el, hogy "interferenciaminták" sorozatát képezzék, amelyek 3D képet alkotnak. A hanghullámok interferenciamintákat is képesek létrehozni, tehát ugyanez az elv alkalmazható.
„Alapvetően a fényhologramok elvét másoltuk ezen akusztikus hologramok elkészítéséhez.” - mondja Marzo, akinek a csapata a Nature Communications e hét munkáját írja le.
Marzo és csapata 64 kicsi, 16 voltos átalakítót rendezett rácsszerű mintázatban. Mindegyik jeladót úgy kalibráltuk, hogy hanghullámokat bocsásson ki 40 000 Hz frekvencián, olyan frekvencián, amely messze meghaladja az emberi fül maximális érzékenységét (20 000 Hz), de más állatok, például kutyák, macskák és denevérek számára hallható.
Bár az egyes transzduktorok frekvenciája és teljesítménye azonos volt, a tudósok kidolgozták az algoritmust, amely változtatta meg az egyes hullámok relatív csúcsait és mélységét interferenciaminták létrehozása és akusztikus objektumok létrehozása céljából.
A kihívás az volt, hogy ezek az akusztikus tárgyak hallhatatlanok és láthatatlanok voltak az emberek számára, ezért a csapatnak különféle szimulációkat kellett kidolgoznia a hang „látásához”. Olyan megközelítésben, amely minden szintetétust büszke lenne, Marzo mikrofonnal vett mintát az átalakítók által kibocsátott ultrahanghullámok mintájára, majd az adatokat egy 3D nyomtatóval táplálja, amelyet a halló objektumok digitális megjelenítéséhez készítettek.
A különféle akusztikai formák tesztelése után a kutatócsoport felfedezte a három leghatékonyabb eredményt: az ikercsapda, amely csipeszekre hasonlít; az örvénycsapda, hasonlóan a tornádóhoz, amely a forgó tárgyat a központjában felfüggeszti; és a palackcsapda, amely a palack belsejében lévő üres helyre engedi a tárgyat.
Noha a jelenlegi kísérlet csak a kis habszivacs gyöngyöket emeli, Marzo úgy véli, hogy a technológia a különféle tárgyakra méretezhető úgy, hogy manipulálja a hanghullámok frekvenciáját, amely meghatározza az akusztikus tárgyak méretét, valamint a rendszer teljes teljesítményét, amely lehetővé teszi könnyebb vagy nehezebb tárgyak lebegezése nagyobb távolságra.
„A részecskék egyoldalas átalakítók általi lebegőképessége csodálatos eredmény, amely új lehetőségeket nyit meg az akusztikus lebegtetési technológiában” - mondja Marco Aurélio Brizzotti Andrade, a São Paulo Egyetem fizikai adjunktusának, aki korábban hang alapú lebegtetésen dolgozott. .
"A lecsökkentés egyik módszere az in vivo manipuláció, azaz a test belsejében lebegő és manipulált részecskék" - mondja Marzo. „És ezek a részecskék vesekövek, alvadások, daganatok és akár kapszulák is lehetnek a célzott gyógyszeradagoláshoz.” Az ultrahangos lebegés nem zavarja a mágneses rezonancia képalkotást, így az orvosok azonnal megvilágíthatják a műveletet in vivo manipuláció során.
És amikor ezek az emberi testben végzett mikromanipulációk vannak, az egyoldalas sugárzás-technológia óriási előnnyel rendelkezik a kétoldalas állóhullám-technológiához képest. A kezdők számára az álló hullámokon alapuló lebegtető eszközök véletlenül több részecskét csapdába csavarhatnak, mint a tervezett célok. "Ugyanakkor az egyoldalú levitátorokkal és csak egy csapda van" - mondja.
Marzo azonban rámutat arra, hogy az ultrahang korlátozottan képes nagyobb tárgyakat lebegtetni: „A strandlabda méretű tárgy felvétele 1000 Hz-re lenne szükséges. De ez belép a hallható tartományba, ami bosszantó lehet vagy akár veszélyes lehet az emberi fülre. ”
A technológiának ígéretes alkalmazásai vannak a világűrben is, ahol kisebb tárgyak esetén felfüggesztheti a nagyobb tárgyakat, és megakadályozhatja, hogy ellenőrizetlenül elmozduljanak. Marzo azonban elutasítja a Star Trek- szerű traktornyaláb bármilyen gondolatát, amely képes manipulálni az embereket a Földön.
Normál gravitáció mellett "az ember felemeléséhez szükséges erő valószínűleg halálos" - mondja Marzo. „Ha túl sok ultrahangos energiát alkalmaz egy folyadékra, akkor mikrobuborékokat fog létrehozni.” Más szavakkal: a túl nagy hangteljesítmény miatt a vér felforralhat.
A jövőbeni tanulmányokban Marzo reméli, hogy együttműködik az ultrahang szakemberekkel az orvosi alkalmazások technológiájának finomítása és a különböző méretű tárgyak megközelítésének további kiterjesztése érdekében.
"Ez nagyon szép a hangzásnál, " mondja. "Széles frekvenciatartománya van, amelyet különféle alkalmazásokhoz felhasználhat."
