طور الفيزيائيون طريقة جديدة لرفع الأجسام باستخدام الصوت فقط
Physicists Have Developed a New Way to Levitate Objects Using Sound Only
MICHELLE STARR
26 JULY 2021
ميشيل ستار
يمكن أن تمثل الطريقة المطورة حديثًا لرفع الأجسام الصغيرة ومعالجتها باستخدام الموجات الصوتية خطوة كبيرة إلى الأمام لهذه التقنية.
اكتشف المهندسون في اليابان كيفية التقاط الأشياء من الأسطح العاكسة باستخدام الرفع الصوتي. على الرغم من أنهم لا يستطيعون القيام بذلك بشكل موثوق حتى الآن، إلا أن التقدم قد يساعد في إطلاق الإمكانات الكاملة للتلاعب بالأشياء المادية باستخدام الصوت فقط.
تعد الهندسة الطبية الحيوية وتكنولوجيا النانو وتطوير المستحضرات الصيدلانية بعض المجالات التي من المحتمل أن يكون فيها التعامل مع الأشياء دون لمسها مفيدًا حقًا. يمكننا فعل ذلك بالفعل باستخدام تقنية تسمى الملاقط الضوئية، والتي تستخدم الليزر لتوليد ضغط إشعاعي كافٍ لرفع وتحريك الجزيئات الصغيرة للغاية.
الملاقط الصوتية - حيث يمكن استخدام الضغط الناتج عن الموجات الصوتية لتحريك الجسيمات - لديها القدرة على أن تكون أداة أكثر قوة. يمكن استخدامها لمعالجة نطاق أوسع من المواد، وبأحجام أكبر - حتى مقياس المليمتر.
ومع ذلك، على الرغم من اكتشافها لأول مرة في الثمانينيات، إلا أن هناك قيودًا كبيرة تعيق استخدام الملاقط الصوتية في التطبيقات العملية الواسعة. للبدء، تحتاج إلى ”مصيدة“ موثوقة مكونة من موجات صوتية.
يمكن استخدام المصفوفات نصف الكروية من المحولات الصوتية لإنشاء مصيدة الصوت، ولكن التحكم فيها في الوقت الفعلي أمر صعب، نظرًا لأنك تحتاج إلى إنشاء مجال الصوت المناسب فقط لرفع كائن ونقله بعيدًا عن المحولات.
يصبح الأمر أكثر صعوبة إذا كان هناك سطح يعكس الصوت، لأن هذا يمكن أن يعقد مجال الصوت.
اكتشف المهندسان شوتا كوندو وكان أوكوبو من جامعة طوكيو متروبوليتان في اليابان كيفية بناء مصفوفة صوتية نصف كروية يمكنها رفع كرة بوليسترين يبلغ قطرها 3 مم من سطح عاكس.
كتبوا في ورقتهم ”نقترح مجموعة محولات طاقة فوق صوتية نصف كروية متعددة القنوات لالتقاط عدم الاتصال على مرحلة صلبة مع الانعكاس“.
”تم تحسين طور وسعة كل قناة باستخدام طريقة إعادة إنتاج الصوت. وهذا يخلق مصيدة صوتية في الموضع المطلوب فقط، وبالتالي يمكن تحقيق الالتقاط على المرحلة الصلبة. على حد علمنا، هذا هو الأول دراسة لإثبات عدم الاتصال باستخدام هذا النهج“.
تعتمد تقنيتهم على تقسيم مجموعة المحولات إلى كتل، وهو أمر أكثر قابلية للإدارة من محاولة التحكم في المحولات بشكل فردي. بعد ذلك، استخدموا مرشحًا معكوسًا لإعادة إنتاج الأصوات بناءً على شكل الموجة الصوتية. يساعد هذا في تحسين الطور والسعة لكل قناة محول لإنتاج المجال الصوتي المطلوب.
أظهرت المحاكاة ثلاثية الأبعاد كيف وأين تم إنشاء الحقل باستخدام هذه التقنيات.
يمكن بعد ذلك تحريك هذا الحقل، والذي - بالطبع - يتحرك أيضًا حول الجسيم المحبوس فيه. باستخدام هذه المصفوفة، تمكن الباحثون من التقاط الستايروفوم الخاص بهم من سطح معكوس، ولكن بشكل غير موثوق به - أحيانًا تكون الكرة متناثرة بعيدًا عن الضغط الصوتي، بدلاً من أن تصبح محاصرة.
ومع ذلك، يمثل العمل خطوة إلى الأمام، حيث لم يتم إجراء الالتقاط بدون لمس من سطح عاكس من قبل. القيام بذلك - حتى بشكل غير موثوق به - يوضح لنا كيفية المضي قدمًا.
كتب الباحثون: ”في الدراسات المستقبلية، سيتم تحسين متانة الطريقة المقترحة من أجل الاستخدام العملي لالتقاط عدم الاتصال“.
