Нов начин за манипулиране на обекти с помощта на ултразвукови вълни е открил екип изследователи от Университета на Минесота. Откритието проправя пътя за безконтактно манипулиране в производството и роботиката, без да е необходим вътрешен източник на енергия.

Откритията са публикувани в рецензираното списание Nature Communications.

Въпреки че и преди е било демонстрирано, че светлинните и звуковите вълни могат да манипулират предмети, обектите винаги са били по-малки от дължината на вълната на звука или светлината или съответно от порядъка на милиметри до нанометри. Екипът на Университета в Минесота е разработил метод, който може да движи по-големи обекти, използвайки принципите на физиката на метаматериалите.

Метаматериалите са материали, които са изкуствено създадени, за да взаимодействат с вълни като светлината и звука. Чрез поставяне на определена метаматериална шарка (патерн) върху повърхността на обект изследователите са успели да използват звук, за да го насочат в определена посока, без да го докосват физически.

"От известно време знаем, че вълните, светлината и звукът могат да манипулират обекти. Това, което отличава нашето изследване, е, че можем да манипулираме и улавяме много по-големи обекти, ако им направим метаматериална повърхност или "метаповърхност"," отбелязват Огнен Илиц (Ognjen Ilic), водещ автор на изследването и асистент професор Бенджамин Мейхю (Benjamin Mayhugh) в катедрата по машинно инженерство на Университета в Минесота. "Когато поставим тези малки модели върху повърхността на обектите, можем да отразяваме звука във всяка посока, която поискаме. И по този начин можем да контролираме акустичната сила, която се упражнява върху обекта."

_{Видео на изследователите, които движат обект с ултразвук. Кредит: University of Minnesota}

Използвайки тази техника, изследователите могат не само да придвижват обект напред, но и да го придърпват към източника - не много по-различно от технологията на притеглящия лъч в научнофантастични истории като "Стар Трек".

"Безконтактното манипулиране е актуална област на изследване в оптиката и електромагнетизма, но това изследване предлага друг метод за безконтактно задвижване, който има предимства, които другите методи нямат", коментира Матю Стейн (Matthew Stein), водещ автор на статията и дипломант в катедрата по машиностроене на Университета в Минесота. 

Въпреки че това изследване е по-скоро демонстрация на концепцията, изследователите имат за цел в бъдеще да тестват вълни с по-висока честота и различни материали и размери на обектите.

"В много области на науката и инженерството, особено в роботиката, има нужда да се движат неща, да се предава сигнал в някакъв вид контролирано движение", посочва Илиц. "Често това се прави чрез физически връзки или се налага да се носи някакъв източник на енергия, за да може да се изпълни дадена задача. Смятам, че тук набелязваме нова посока и показваме, че без физически контакт можем да движим обекти и че движението може да се контролира просто чрез програмиране на това, което е на повърхността на този обект. Това ни дава нов механизъм за безконтактно задвижване на нещата."

Справка: “Shaping contactless radiation forces through anomalous acoustic scattering” by Matthew Stein, Sam Keller, Yujie Luo and Ognjen Ilic, 1 November 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-34207-7

Източник: Researchers use ultrasound waves to move objects hands-free, University of Minnesota