Από την επιστημονική φαντασία στην πραγματικότητα – εφευρέθηκε λειτουργική ηχητική ελκτική ακτίνα

Οι πρώτες ηχητικές ελκτικές δέσμες στον κόσμο που μπορούν να ανυψώσουν και να μετακινήσουν αντικείμενα χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα κατασκευάστηκαν από ομάδα επιστημόνων στην οποία συμπεριλαμβάνονται ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Sussex. Οι ελκτικές δέσμες είναι (στα κόμικς) μυστηριώδεις ακτίνες που μπορεί να πιάσουν και να ανυψώσουν αντικείμενα. Η ιδέα δημιουργήθηκε από συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, αλλά από τότε ήλθε για να συναρπάσει επιστήμονες και μηχανικούς.

Ερευνητές στα Πανεπιστήμια του Sussex και του Bristol, σε συνεργασία με την Ultrahaptics, έχουν πλέον δημιουργήσει μια λειτουργική ελκτική δέσμη που χρησιμοποιεί μεγάλου πλάτους ηχητικά κύματα για να δημιουργήσει ένα ακουστικό ολόγραμμα που μπορεί να σηκώσει και να κινήσει μικρά αντικείμενα. Η τεχνική, που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications (27 Οκτωβρίου 2015), θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Για παράδειγμα, μια ηχητική γραμμή παραγωγής θα μπορούσε να μεταφέρει και να συγκεντρώνει ευαίσθητα αντικείμενα και όλα αυτά χωρίς φυσική επαφή. Ή ακόμη, μια έκδοση σε μικρογραφία θα μπορούσε να πιάσει και να μεταφέρει κάψουλες φαρμάκου ή μικροχειρουργικά εργαλεία μέσα σε ζωντανό ιστό.

Ο Sriram Subramanian, καθηγητής Πληροφορικής στο Πανεπιστήμιο του Sussex και συνιδρυτής της Ultrahaptics, εξήγησε: «Στην συσκευή μας χειριζόμαστε αντικείμενα μέσα στον αέρα και φαινομενικά αψηφούν τη βαρύτητα. Μπορούμε να ελέγξουμε ξεχωριστά δωδεκάδες ηχεία για να μας δώσουν τη βέλτιστη λύση για τη δημιουργία ενός ακουστικού ολογράμματος που μπορεί να χειριστεί πολλαπλά αντικείμενα σε πραγματικό χρόνο, χωρίς επαφή».

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια συστοιχία από 64 μίνι-ηχεία (στα 40Khz με 15Vpp, με το όλο σύστημα να καταναλώνει 9 Watts) για να δημιουργήσουν υψίσυχνα και υψηλής έντασης ηχητικά κύματα για να ανυψώσουν μια σφαιρική χάντρα (με διάμετρο 4mm) διογκωμένης πολυστερίνης. Η ελκτική δέσμη λειτουργεί περιβάλλοντας το αντικείμενο με ήχο υψηλής έντασης για να δημιουργείται ένα πεδίο δυνάμεων που κρατά τα αντικείμενα στη θέση τους. Με προσεκτικό έλεγχο της απόδοσης των ηχείων, το αντικείμενο μπορεί είτε να συγκρατείται στη θέση, να μετακινηθεί ή να περιστραφεί.

«Ήταν μια απίστευτη εμπειρία η πρώτη φορά που είδα το αντικείμενο συγκρατείται στη θέση του από τη ελκτική δέσμη. Αποζημιώθηκε όλη η σκληρή εργασία μου. Είναι έξοχο», είπε ο Asier Marzo, υποψήφιος διδάκτορας και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Ο Bruce Drinkwater, καθηγητής υπερήχων στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Bristol, πρόσθεσε: «Όλοι γνωρίζουμε ότι τα ηχητικά κύματα μπορούν να έχουν μια φυσική επίδραση. Αλλά εδώ έχουμε καταφέρει να ελέγξουμε τον ήχο σε βαθμό που δεν είχε επιτευχθεί προηγουμένως».

Πως λειτουργεί το ακουστικό ολόγραμμα

Η ομάδα έδειξε ότι τρία διαφορετικά σχήματα ακουστικών πεδίων δύναμης λειτουργούν ως ελκτικές δέσμες. Το πρώτο είναι ένα ακουστικό πεδίο δύναμης που μοιάζει με ένα ζεύγος από δάκτυλα ή μια λαβίδα. Το δεύτερο είναι ένας ακουστικός στρόβιλος, τα αντικείμενα εγκλωβίζονται στον πυρήνα του και το τρίτο, το οποίο περιγράφεται καλύτερα ως ένα κλουβί υψηλής έντασης που περιβάλλει τα αντικείμενα και τα συγκρατεί στη θέση τους από όλες τις κατευθύνσεις.

Σε προηγούμενη εργασία, στις ακουστικές μελέτες έπρεπε να περιβάλλουν το αντικείμενο με ηχεία, πράγμα που βάζει όρια στο εύρος της κίνησης και περιορίζει πολλές εφαρμογές. Πέρυσι, το Πανεπιστήμιο του Dundee παρουσίασε την ιδέα μια ελκτικής δέσμης, αλλά δεν κρατήθηκαν αντικείμενα στην ακτίνα.

Τώρα, η ομάδα σχεδιάζει διαφορετικές παραλλαγές αυτού του λειτουργικού συστήματος. Μια μεγαλύτερη έκδοση με διαφορετική αρχή λειτουργίας που στοχεύει στην ανύψωση μιας μπάλας ποδοσφαίρου από 10 μέτρα μακριά και μια μικρότερη εκδοχή, που στοχεύει στο να χειριστεί σωματίδια μέσα στο ανθρώπινο σώμα.

video:

Πηγή: University of Sussex

Περισσότερα στη δημοσίευση: Holographic acoustic elements for manipulation of levitated objects, Nature Communications 6, Article number: 8661, Published 27 October 2015