Forskere finjusterer en pincet af lyd til kontaktløs manipulation af objekter

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har med succes forbedret teknologien til at løfte små partikler ved hjælp af lydbølger. Deres "akustiske pincet" kunne løfte ting fra reflekterende overflader uden fysisk kontakt, men stabilitet forblev et problem. Ved at bruge en adaptiv algoritme til at finjustere, hvordan pincetten styres, har de nu drastisk forbedret, hvor stabilt partiklerne kan løftes. Med yderligere miniaturisering kan denne teknologi implementeres i en lang række miljøer, inklusive rummet.

Som enhver, der står ved siden af ​​en højttaler kan bevidne, kan lydbølger udøve en reel, fysisk kraft. Med det rigtige arrangement af højttalere ved den rigtige frekvens, amplitude og fase, bliver det muligt at overlejre disse bølger og opsætte et indflydelsesfelt, som kan skubbe, løfte og holde fysiske objekter. En sådan akustisk pincetteknologi lover fuldstændig kontaktfri, kontamineringsfri manipulation af små genstande.

Sidste år realiserede Dr. Shota Kondo og lektor Kan Okubo fra Tokyo Metropolitan University kontaktløs løft og bevægelse af millimeterstore partikler ved hjælp af en halvkugleformet række små ultralydstransducere. Transducerne vil blive drevet individuelt i henhold til en unik algoritme, der giver dem mulighed for at opsætte lydtrykfelter, som i sidste ende løftede og flyttede objekter. Men stabiliteten af ​​deres "akustiske pincet" forblev et udestående problem.

Nu har det samme hold fundet på en måde at bruge det samme setup til at opnå betydelige forbedringer i, hvordan de kan løfte partikler fra stive overflader. Der er to "tilstande", hvor transducerne kan drives, hvor modstående halvdele af deres halvkugleformede array drives ind og ud af fase. Teamets nye indsigt er, at forskellige tilstande er mere egnede til at gøre visse ting.

Startende med en partikel på en overflade, er en "in-fase" excitationstilstand bedre til at løfte og flytte partiklen tæt på overfladen, med nøjagtig målretning af individuelle partikler kun en centimeter fra hinanden. I mellemtiden er en "ud-af-fase"-tilstand mere velegnet til at bringe den løftede partikel ind i midten af ​​arrayet. Ved at bruge et adaptivt skift mellem tilstandene kan de nu udnytte det bedste fra begge tilstande og opnå et velkontrolleret, stabilt løft samt mere stabilitet inde i fælden, når den først er løftet.

Dette er et vigtigt skridt fremad for en futuristisk teknologi, som en dag kunne blive implementeret til at manipulere prøver, som skal holdes strengt fri for kontaminering. Holdet håber også, at det kan finde praktisk anvendelse i rummet en dag, hvor det ikke er et problem at konkurrere mod tyngdekraften. Den aktuelle undersøgelse er offentliggjort i Japanese Journal of Applied Physics . + Udforsk yderligere

Akustisk pincet kan opfange genstande uden fysisk kontakt