Знаете ли вы, как применяется акустическая левитация?
В течение последних пятнадцати лет различные исследователи экспериментировали с акустической левитацией для различных целей. К ним относятся акустические зажимы, тактильные голограммы, печать левитирующих объектов и противораковые препараты.
Что такое акустическая левитация?
Акустическая левитация (или акустофорез) - это метод взвешивания вещества в среде с помощью давления излучения интенсивной звуковой волны. Эта низкочастотная волна создает изменение давления воздуха, которое противодействует силе тяжести. Это явление возможно из-за эффекта нелинейности интенсивных звуковых волн.
Изначально исследования были направлены на акустическую левитацию с целью разработки тактильных голограмм, которыми можно было бы манипулировать кончиками пальцев. Волны давления производятся ультразвуковыми динамиками, волны, которые можно ощутить как своеобразную волновую рябь под ладонью.
Как объясняет в статье от 15 сентября 2021 года, одной из целей этой работы было управление машинами без необходимости непосредственного контакта с ними. Также речь шла о разработке тактильных интерфейсов для снятия денег из банкоматов или использования касс самообслуживания в магазинах из соображений гигиены.
Новые применения
В 2018 году исследователям из Бристольского университета (Великобритания) удалось левитировать реальные объекты - шар из полистирола диаметром 2 см. Это был настоящий прорыв, поскольку до этого эксперимента длина волны, которую использовала наука, была способна левитировать только очень маленькие частицы. Дело в том, что как только объект размером больше длины волны левитирует, он получает часть вращательного момента акустического поля. Затем он начинает вращаться все быстрее и быстрее, пока не будет выброшен из акустического пучка.
Затем был достигнут дальнейший прогресс. Физики из России оформили патент на новый вид 3D-принтера. Это позволило бы использовать ультразвук для печати левитирующих объектов с помощью маленьких пластиковых частиц. Другие британские исследователи левитировали маленькие белые шарики диаметром 1 мм. Цель заключалась в создании небольших фильмов со скоростью около десяти изображений в секунду.
Наконец, в 2020 году швейцарские исследователи представили роботизированную руку собственного создания. Она оснащена зажимом, содержащим небольшие динамики, способные генерировать ультразвук. Таким образом, захват способен к акустической левитации, которой можно управлять с помощью программного обеспечения. Цель ученых была проста: повысить точность и эффективность роботов.