Δεν είναι hoverboard Mattel. Αλλά μια συσκευή που κατασκευάστηκε από μια ομάδα στην Ισπανία και το Ηνωμένο Βασίλειο μπορεί να αφηγηθεί και να χειριστεί μικρά αντικείμενα στον αέρα και ενδεχομένως σε νερό και ανθρώπινο ιστό, χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας. Η τεχνολογία έχει υπόσχεση σε διάφορους τομείς, από την ιατρική μέχρι την εξερεύνηση του διαστήματος.
σχετικό περιεχόμενο
- Levitating Record Breaks Speed Tracks στην Ιαπωνία
Οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι τα ηχητικά κύματα δημιουργούν ταλαντούμενες θύλακες αέρα υπό πίεση, οι οποίες μπορούν να παράγουν μια δύναμη σε ένα αντικείμενο ικανό να αντισταθμίσει την έλξη της βαρύτητας. Όμως, ενώ υπάρχουν συσκευές έκλυσης υπερήχων, όλοι βασίζονται σε στάσιμα κύματα, τα οποία δημιουργούνται όταν δύο ηχητικά κύματα της ίδιας συχνότητας εκπέμπονται από αντίθετες κατευθύνσεις και τοποθετούνται μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι όλες οι προηγούμενες συσκευές απαιτούν δύο σειρές μετατροπέων.
"Όλοι οι προηγούμενοι μαχητές έπρεπε να περιβάλλουν το σωματίδιο με ακουστικά στοιχεία, τα οποία ήταν δυσκίνητα για κάποιους χειρισμούς", λέει ο επικεφαλής της μελέτης Asier Marzo στο δημόσιο πανεπιστήμιο της Ναβάρας στην Ισπανία. "Η τεχνική μας, ωστόσο, απαιτεί μόνο ηχητικά κύματα από τη μια πλευρά. Είναι σαν ένα λέιζερ - μπορείτε να αφαιρέσετε σωματίδια, αλλά με μία μόνο δέσμη. "
Για να αναπτύξουν την τεχνολογία τους, ο Marzo και οι συνάδελφοί του έλαβαν έμπνευση από οπτικά ολογράμματα, στα οποία προβάλλεται ένα ελαφρύ πεδίο από μια επίπεδη επιφάνεια για να παράγει μια σειρά από «πρότυπα παρεμβολής» που σχηματίζουν μια τρισδιάστατη εικόνα. Τα ηχητικά κύματα είναι επίσης ικανά να δημιουργούν πρότυπα παρεμβολών, έτσι ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί η ίδια αρχή.
"Βασικά αντιγράψαμε την αρχή των ελαφρών ολογραμμάτων για τη δημιουργία αυτών των ακουστικών ολογραμμάτων", λέει ο Marzo, η ομάδα του οποίου περιγράφει το έργο τους αυτή την εβδομάδα στην Nature Communications .
Ο Marzo και η ομάδα του κανόνισαν 64 μικρούς μορφοτροπείς 16 βολτ σε ένα πλέγμα τύπου. Κάθε μετατροπέας βαθμονομήθηκε για να εκπέμπει ηχητικά κύματα σε 40.000 Hertz, μια συχνότητα που υπερβαίνει κατά πολύ τη μέγιστη ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού (20.000 Hz) αλλά ακούγεται σε άλλα ζώα όπως σκύλοι, γάτες και νυχτερίδες.
Αν και η συχνότητα και η ισχύς κάθε μορφοτροπέα ήταν πανομοιότυπη, οι επιστήμονες δημιούργησαν έναν αλγόριθμο που διαφοροποιούσε τις σχετικές κορυφές και τις καμπύλες κάθε κύματος για τη δημιουργία μοτίβων παρεμβολών και τη δημιουργία ακουστικών αντικειμένων.
Η πρόκληση ήταν ότι αυτά τα ακουστικά αντικείμενα ήταν ακούραστα και αόρατα στον άνθρωπο, οπότε η ομάδα έπρεπε να αναπτύξει διάφορες προσομοιώσεις για να «δει» τον ήχο. Σε μια προσέγγιση που θα καθιστούσε υπερήφανους όλους τους συναδέλφους, ο Marzo χρησιμοποίησε ένα μικρόφωνο για να δειγματιστεί τα υπερηχητικά κύματα που εκπέμπονται από τους μετατροπείς και έπειτα τροφοδοτούσε τα δεδομένα μέσω ενός 3D εκτυπωτή, τον οποίο χρησιμοποίησαν για τη δημιουργία ψηφιακών απεικονίσεων των ακουστικών αντικειμένων.
Μετά τη δοκιμή μιας ποικιλίας ακουστικών σχημάτων, η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε τρεις πιο αποτελεσματικές: τη δίδυμη παγίδα, η οποία μοιάζει με ένα ζεύγος λαβίδων. η παγίδα στροβίλου, ανάλογη με ένα ανεμοστρόβιλο που αναστέλλει ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο στο κέντρο του. και η παγίδα της φιάλης, η οποία αφαιρεί το αντικείμενο από τον κενό χώρο μέσα στη φιάλη.
Αν και το τρέχον πείραμα ανέτρεψε μόνο μικρές χάντρες στυροπτέρυου, ο Marzo πιστεύει ότι η τεχνολογία μπορεί να κλιμακωθεί για διαφορετικά αντικείμενα με το χειρισμό της συχνότητας των ηχητικών κυμάτων, που καθορίζει το μέγεθος των ακουστικών αντικειμένων, καθώς και τη συνολική ισχύ του συστήματος, η ανάληψη ελαφρών ή βαρύτερων αντικειμένων σε μεγαλύτερες αποστάσεις.
"Η αφαίρεση των σωματιδίων από μονόπλευρους μετατροπείς είναι ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα που ανοίγει νέες δυνατότητες για τεχνολογία ακουστικής διεύρυνσης", λέει ο Marco Aurélio Brizzotti Andrade, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σάο Πάολο, ο οποίος έχει εργαστεί στο παρελθόν σε ηχητική διδασκαλία .
"Μια εφαρμογή της κλιμάκωσης είναι η in vivo χειραγώγηση - που σημαίνει ότι αφαιρείτε και χειρίζεστε σωματίδια μέσα στο σώμα", λέει ο Marzo. "Και αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να είναι πέτρες στα νεφρά, θρόμβοι, όγκοι και ακόμη και κάψουλες για στοχοθετημένη χορήγηση φαρμάκου." Η υπερηχογραφική αφαίρεση δεν παρεμβαίνει στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, έτσι οι γιατροί θα μπορούσαν να απεικονίσουν στιγμιαία τη δράση κατά τη διάρκεια χειρισμού in vivo .
Και όταν πρόκειται για αυτές τις μικροεπεξεργασίες στο ανθρώπινο σώμα, η τεχνολογία μονής όψης ακτίνων έχει τεράστιο πλεονέκτημα έναντι της τεχνολογίας διπλής όψεως. Για αρχάριους, οι συσκευές αέρος με βάση τα στάσιμα κύματα μπορούν να παγιδεύουν κατά λάθος περισσότερα σωματίδια από τους επιδιωκόμενους στόχους. "Ωστόσο, με μονόπλευρους μαχητές, και υπάρχει μόνο ένα σημείο παγίδευσης", λέει.
Ο Marzo επισημαίνει, ωστόσο, ότι ο υπερηχογράφος είναι περιορισμένος στην ικανότητά του να αφηγείται μεγαλύτερα αντικείμενα: "Η ανάληψη ενός αντικειμένου μεγέθους μπιλιάρδου θα απαιτούσε 1.000 Hz. Αλλά αυτό μπαίνει στην ακουστική εμβέλεια, η οποία μπορεί να είναι ενοχλητική ή ακόμα και επικίνδυνη για το ανθρώπινο αυτί. "
Η τεχνολογία έχει επίσης μερικές υποσχόμενες εφαρμογές στον εξωτερικό χώρο, όπου μπορεί να αναστείλει μεγαλύτερα αντικείμενα με χαμηλότερη βαρύτητα και να τους εμποδίσει να παρασύρονται γύρω από ανεξέλεγκτα. Αλλά ο Marzo απορρίπτει οποιεσδήποτε αντιλήψεις για μια δέσμη τρακτέρ Star Trek ικανή να χειραγωγεί ανθρώπους στη Γη.
Υπό κανονική βαρύτητα, "η δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση ενός ανθρώπου θα ήταν πιθανώς θανατηφόρος", λέει ο Marzo. "Αν εφαρμόσετε υπερβολική ισχύ υπερήχων σε υγρό, θα δημιουργήσετε μικροφυσαλίδες." Με άλλα λόγια, η υπερβολική ηχητική ισχύς μπορεί να κάνει το αίμα σας να βράσει.
Σε μελλοντικές μελέτες, ο Marzo ελπίζει να συνεργαστεί με ειδικούς υπερήχων για να βελτιώσει την τεχνολογία για ιατρικές εφαρμογές και να επεκτείνει περαιτέρω την προσέγγιση σε αντικείμενα διαφορετικού μεγέθους.
"Αυτό είναι το ωραίο πράγμα για τον ήχο", λέει. "Έχετε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για μια ποικιλία εφαρμογών."
