HighTech Ученые изобрели акустический притягивающий луч, который способен притягивать, отталкивать и переворачивать висящие в разреженном воздухе объекты.
В недавнем научном исследовании объясняется, что действие акустического притягивающего луча основан на звуковых волнах со строго рассчитанной частотой, создающих зону пониженного давления, в которую можно захватить маленькие объекты и перемещать их, управляя движением волн.
Брюс Дринкуотер - инженер-механик Бристольского университета и соавтор исследования рассказал, что хотя последняя демонстрация и была лишь экспериментом, эту технологию можно применять для бесконтактного управления клетками в теле человека или направлении специальных акустических капсул, чтобы таким образом точечно вводить в тело медицинские препараты.
Летающие объекты
Чтобы научиться подвешивать объекты в воздухе, ученые уже перепробовали все, от лазерных лучей до сверхпроводящих магнитных полей. Но в 2014 году исследователи из шотландского Университета Данди показали, что акустические голограммы, действующие по принципу захватывающего луча, теоретически могут притягивать предметы.
“По сути, они лишь предоставили доказательство присутствия в процессе какой-то силы, но не смогли использовать ее для захвата и перемещения объектов”,- рассказал Дринкуотер.
Принцип новой технологии довольно простой: проходящие через определенную среду (например, воздух) звуковые волны c пониженным и повышенным давлением образуют силу.
“Каждый из нас испытывал на себе силу звука: когда вы находитесь на рок-концерте, вы не только слышите, но и чувствуете, как звук проходит через ваше тело и буквально шевелит ваши внутренности. Мы должны придумать, как обуздать эту силу”,- рассказал Дринкуотер порталу Live Science.
Благодаря четко рассчитанной последовательности высвобождения звуковых волн можно образовать зону пониженного давления, способную погасить силу гравитации и таким образом удерживать объект в воздухе. Если он куда-либо перемещается, зоны повышенного давления вокруг него вталкивают его обратно в зону пониженного.
Однако ученые уверяют, что с точностью вычислить необходимые формы и направления звуковых волн довольно сложно; уравнения, на которых основан процесс, нельзя решить на коленке.
Итак, Дринкуотер со своим студентом докторантуры Азиером Марзо и другими коллегами запустили компьютерную симуляцию и пропустили через нее мириады форм звуковых волн, чтобы найти именно ту комбинацию, дающую зону пониженного давления, окруженную зоной повышенного.
Они нашли три разных типа акустических силовых полей, способных вращать, захватывать и перемещать объекты. Первый тип своим действием напоминает пинцет, удерживающий частицы в разреженном воздухе. Второй захватывает их в подобие клетки из зон повышенного давления. А третий тип своим действием напоминает торнадо, со вращающимися зонами повышенного и пониженного давления, образующими что-то вроде “глаза”, в котором объект остается неподвижен. Об этом журналу Nature Communications рассказали ученые.
Чтобы достичь такого результата, команда использовала тонкий ряд из 64 мини динамиков производства компании Ultrahaptics, способных издавать звуковые волны с микроскопической точностью. В предыдущих системах акустической левитации использовалось 4 ряда динамиков; в свою очередь, новая модель способна создавать такой же эффект с использованием лишь одного ряда. Команда исследователей продемонстрировала действие своего притягивающего луча на маленьком шарике пенопласта.
Интенсивность и длина волн
Дринкуотер объяснил, что размер зоны пониженного давления зависит от длины волн: чем она больше, тем больше и сама зона. А максимальная плотность объекта, который может быть перемещен с помощью звуковых полн, зависит от интенсивности звука.
По этой причине звуковые волны действуют лишь в промежутке 140-150 децибел. Если бы человеческие уши могли расслышать этот звук, он был бы невероятно громким, но, к счастью, волны обладают частотой колебания лишь в 40 килогерц и длиной волны лишь 1 сантиметр. Это значит, что люди, в отличие от дельфинов и собак, не могут его услышать.
В данный момент команда способна поднять в воздух пенопластовый шарик диаметром в 5 миллиметров.