Akustiske pincetter kan opfange genstande uden fysisk kontakt

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har udviklet en ny teknologi, der tillader berøringsfri manipulation af små objekter ved hjælp af lydbølger. De brugte en halvkugleformet række ultralydstransducere til at generere et 3D akustisk felt, der stabilt fangede og løftede en lille polystyrenkugle fra en reflekterende overflade. Deres teknik anvender en metode, der ligner laserfældning i biologi, men kan tilpasses til en bredere vifte af partikelstørrelser og materialer.

Evnen til at flytte objekter uden at røre ved dem kan lyde som magi, men i biologiens og kemiens verden, teknologi kendt som optisk fangst har hjulpet forskere med at bruge lys til at flytte mikroskopiske objekter rundt i mange år. Faktisk, halvdelen af ​​Nobelprisen i fysik i 2018, tildelt Arthur Ashkin (1922–2020) var en anerkendelse af denne teknologis bemærkelsesværdige præstationer. Men brugen af ​​laserlys er ikke uden sine fejl, især grænserne for egenskaberne af de objekter, der kan flyttes.

Indtast akustisk fangst, et alternativ, der bruger lyd i stedet for optiske bølger. Lydbølger kan anvendes til en bredere vifte af objektstørrelser og materialer, og vellykket manipulation er nu mulig for millimeterstore partikler. Selvom de ikke har eksisteret så længe som deres optiske modstykker, akustisk levitation og manipulation viser enestående løfter for både laboratorieindstillinger og videre. Men de tekniske udfordringer, der skal overvindes, er betydelige. I særdeleshed, det er ikke let at individuelt og præcist styre store arrays af ultralydstransducere i realtid, eller for at få de rigtige lydfelter til at løfte genstande langt fra selve transducerne, især tæt på overflader, der afspejler lyd.

Nu, forsker Shota Kondo og lektor Kan Okubo fra Tokyo Metropolitan University er kommet med en ny tilgang til at løfte millimeterstore objekter ud af en reflekterende overflade ved hjælp af en halvkugleformet række transducere. Deres metode til at drive arrayet involverer ikke kompleks adressering af individuelle elementer. I stedet, de opdeler arrayet i håndterbare blokke og bruger et omvendt filter, der finder den bedste fase og amplitude til at drive dem til at lave en enkelt fælde i en vis afstand fra selve transducerne. Ved at justere, hvordan de driver blokkene over tid, de kan ændre placeringen af ​​deres målfelt og flytte partiklen, de har fanget. Deres fund understøttes af simuleringer af de 3D akustiske felter, der er skabt af arrays, og selvfølgelig, ved deres eksperimenter med en polystyrenkugle, som taler for sig selv.

Selvom der stadig er udfordringer med at holde partikler fanget og stabile, denne nye teknologi kan give store fremskridt inden for akustisk fangst.